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 также бытовой водонагреватель (см. патент РФ на изобретение №2156409, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2000.09.20), предназначенный для нагрева воды в бытовых условиях, например, в ванной комнате или на кухне. Нагревательный элемент водонагревателя расположен в нижней боковой части теплоизолированного корпуса и снабжен устройством защитного отключения и электронным программирующим устройством с дополнительным датчиком температуры. Над нагревательным элементом расположен патрубок подвода холодной воды, снабженный обратным клапаном. Однако для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации конструкция водонагревателя дополнительно снабжена такими узлами, как воздухоудалитель, система водоподготовки и автоматическая насосная установка, что существенно усложняет конструкцию водонагревателя и увеличивает материальные затраты на его изготовление. Кроме того, в связи с тем, что корпус выполнен стальным, необходима надежная теплоизоляция корпуса, а также специальные антикоррозионные покрытия для предохранения стали от коррозии, что также следует отнести к недостаткам известного технического решения.
Более простым по конструкции, а, следовательно, и более дешевым 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. В электроводонагревателе нагревательный элемент размещен в установленном вертикально в корпусе колодце, имеющем выходное и, по меньшей мере, одно входное отверстие. 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 корпус известного электроводонагревателя выполнен из стали и снабжен теплоизоляцией, а, следовательно, ему присущи недостатки описанной выше конструкции (см. патент РФ на изобретение №2156409).
В настоящее время появились конструкции накопительных электроводонагревателей с пластиковыми рабочими баками, имеющими существенные преимущества по сравнению со стальными. 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.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является электроводонагреватель (см. патент РФ №2193146, МПК F 24 H 1/18, опубл. 2002.11.20, приоритет Италии 1997.12.29, аналог: WO 99/34153), выбранный в качестве прототипа. Основной особенностью известного электроводонагревателя является то, что он 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. Кожух имеет в основном эстетическое назначение и отделен от корпуса воздушным промежутком. Главной особенностью технического решения, выбранного в качестве прототипа, является совместимость материалов, из которых выполнены составляющие части электроводонагревателя. В частности, в патенте приводятся конкретные группы материалов, имеющих хорошую совместимость, для изготовления оболочки, которая должна выдерживать температуру и давление, для изготовления наружного кожуха, который должен быть легким, дешевым и простым в изготовлении, а также для изолирующего слоя, расположенного между оболочкой и наружным кожухом. Теплоизолирующий слой, который может быть размещен между полуоболочками и наружным кожухом, может быть выполнен, например, из вспененного полимера, совместимого с материалами, образующими оболочку и наружный кожух. Как альтернатива, изолирующий материал может быть образован термоформованным слоем, который, представляя собой сначала плоскую заготовку, обматывается вокруг оболочки водонагревателя. Такое выполнение водонагревателя обеспечивает высокое механическое сопротивление и надежность в работе при высоком давлении, например, рабочих давлений порядка 8 бар, при температурах до 90-100°С.
Однако, несмотря на несомненные достоинства известного электроводонагревателя, следует отметить недостатки, присущие анализируемому техническому решению. Недостатком известного электроводонагревателя является сложность его конструкции (основной корпус состоит из двух полуоболочек, каждая из которых имеет периферийную кромку со специальным соединительным средством, при этом основной корпус окружен наружным кожухом). К недостаткам электроводонагревателя следует также отнести технологические сложности, связанные с изготовлением специальных материалов, обеспечивающих высокое механическое сопротивление основного корпуса, а также надежность наружного кожуха и теплоизолирующего слоя, размещенного между полуоболочками и наружным кожухом. Большие материальные затраты, а, следовательно, и стоимость электроводонагревателя, обусловленные описанными выше конструктивными и технологическими особенностями, также очень высоки.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции электроводонагревателя при одновременном повышении его надежности, безопасности в эксплуатации, а также снижении материальных затрат на его изготовление.
Для достижения поставленной задачи предлагается электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит выполненный из пластмассы рабочий бак, снабженный трубопроводом подачи холодной воды, трубопроводом выпуска горячей воды и нагревательным элементом, который смонтирован на фланце, установленном в полости рабочего бака.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип электроводонагревателя, является то, что в трубопроводы электроводонагревателя дополнительно встроен смеситель, снабженный рукояткой управления подачей холодной воды и
выпуска горячей воды, а трубопровод выпуска горячей воды снабжен предохранительным клапаном.
Для предохранения нагревательного элемента электроводонагревателя от падения уровня воды в рабочем баке ниже нагревательного элемента часть трубопровода подачи холодной воды, находящаяся внутри рабочего бака, может быть выполнена изогнутой, при этом изогнутый участок трубопровода расположен выше нагревательного элемента.
Для компенсации изменения давления воды на магистральном трубопроводе патрубок подачи холодной воды может быть снабжен сменными калиброванными фитингами.
Рукоятка управления смесителем может быть выполнена с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Важнейшими задачами, поставленными при создании предлагаемой полезной модели, являются: упрощение конструкции, повышение надежности, безопасности в эксплуатации, снижение материальных затрат на изготовление электроводонагревателя. Выполнение указанных задач стало возможным благодаря следующему.
Существенное упрощение конструкции по сравнению с прототипом удалось осуществить за счет того, что прибор не содержит наружного кожуха и теплоизоляции, а накопительный пластмассовый рабочий бак электроводонагревателя выполнен цельнолитым и без усиливающих ребер жесткости, причем водонагреватель всегда работает со свободным сливом, т.е. давление внутри бака равно атмосферному. Это обеспечено вновь введенными существенными признаками - установкой на патрубках специального смесителя и установкой предохранительного клапана на трубопроводе выпуска горячей воды. Таким образом, предлагаемая конструкция накопительного электроводонагревателя, выполненная со свободным сливом, позволяет избежать повышенного давления в рабочем баке, возникающего при нагреве воды в электроводонагревателях с
закрытыми системами. При незначительном превышении давления внутри бака (на 0,2-0,3 атм.) защитный клапан автоматически открывается, защищая бак от разрыва. Засорение отверстий душевой насадки или ошибочная установка вентиля на выходном патрубке также может вызвать увеличение давления в рабочем баке, которое будет немедленно снижено посредством предохранительного клапана. Таким образом, решается задача повышения надежности и безопасности работы электроводонагревателя, что является весьма актуальной проблемой при конструировании новых современных моделей накопительных электроводонагревателей. Следует также добавить, что отсутствие внутреннего давления в полости рабочего бака электроводонагревателя открывает широкие технологические возможности для изготовления рабочих баков любой формы, в том числе, плоской, каплеобразной и др., что очень удобно для потребителя при встраивании водонагревателя в любой интерьер.
Повышению надежности и безопасности работы электроводонагревателя способствует выполнение части трубопровода подачи холодной воды, находящейся внутри рабочего бака, изогнутой формы, а также расположение изогнутого участка трубопровода выше нагревательного элемента (см. пункт 2 формулы полезной модели). Это предохраняет нагревательный элемент прибора от падения уровня воды в рабочем баке ниже нагревателя в случае прекращения подачи воды из водопроводной сети и последующего самопроизвольного слива остатков воды из рабочего бака в магистраль. В этом случае нагревательный элемент прибора остается покрытым водой и, следовательно, сохранит свою работоспособность.
Еще одним существенным признаком предлагаемой конструкции электроводонагревателя является встроенный в трубопроводы электроводонагревателя смеситель, снабженный рукояткой управления подачей холодной воды и выпуска горячей воды. В связи с этим отпадает необходимость в использовании внешнего смесителя, а, кроме того,
наличие смесителя позволяет установить электроводонагреватель непосредственно над раковиной, обеспечивая дополнительное удобство эксплуатации электроводонагревателя.
Предусмотренная возможность установки на патрубок подачи холодной воды сменных калиброванных фитингов (см. пункт 3 формулы полезной модели) стабилизирует давление на входном трубопроводе.
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.1 изображен общий вид предлагаемого электроводонагревателя (осевой разрез).
Электроводонагреватель состоит из выполненного из пластмассы рабочего бака 1, предназначенного для нагрева и хранения воды. К рабочему баку 1 подведен трубопровод подачи холодной воды, состоящий из патрубка 2 подвода холодной воды и трубки 3 ввода холодной воды в рабочий бак 1. На фланце 4, закрывающем отверстие в полости рабочего бака 1, смонтированы нагревательный элемент (ТЭН) 5 и термостат 6 с выключателем (на фиг.1 не показан). Часть трубки 3 ввода холодной воды, находящаяся внутри рабочего бака 1, имеет изогнутую форму, при этом изогнутый участок трубки 3 расположен выше нагревательного элемента 5. Это предохраняет нагревательный элемент 5 прибора от падения уровня воды в рабочем баке 1 ниже нагревательного элемента 5 в случае прекращения подачи воды из водопроводной сети и последующего самопроизвольного слива остатков воды из рабочего бака 1 в магистраль. Рабочий бак 1 снабжен также трубопроводом выпуска горячей воды, состоящим из трубки 7 забора горячей воды и патрубка 8 выпуска горячей воды из рабочего бака 1. Патрубок 8 трубопровода выпуска горячей воды снабжен предохранительным клапаном 9, который является элементом
защиты электроводонагревателя от превышения давления в накопительном (рабочем) баке 1. Кроме того, патрубок 8 может быть соединен с носиком для излива 10 в раковину или с шлангом душевой насадки (на фиг. не показан). В трубопроводы электроводонагревателя встроен смеситель 11, снабженный рукояткой 12, предназначенной для управления подачей холодной воды и выпуском горячей воды. Наличие смесителя 11 позволяет установить электроводонагреватель непосредственно над раковиной. Смеситель 11 обеспечивает заполнение рабочего бака 1 холодной водой и разбор горячей воды комфортной для потребителя температуры. Возможные режимы работы смесителя 11 обозначены на его рукоятке 12 в виде общепринятых легко читаемых мнемонических знаков. Рукоятка 12 управления смесителем 11 для обеспечения уменьшения-увеличения потока холодной воды и изменения соотношения холодной и горячей воды при смешивании имеет возможность перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На патрубке 2 ввода холодной воды в рабочий бак 1 установлен калиброванный фитинг 13, который в случае недостаточного давления на входе заменяется потребителем на калиброванный фитинг с большим сечением. Сменные калиброванные фитинги с разным сечением входят в комплект поставки и устанавливаются потребителем в зависимости от напора воды в магистральном трубопроводе. Смеситель 11, фланец 4 с нагревательным элементом 5 и термостатом 6 закрываются пластмассовой крышкой 14, формирующей оригинальный внешний вид электроводонагревателя. На крышке 14 электроводонагревателя расположены кнопка включения 15 и пилотная лампа 16, сигнализирующая о начале процесса нагрева воды.
Рабочий бак 1 является продуктом передовых европейских технологий и выполнен из специальных полимерных материалов, обеспечивающих высокую пластичность бака, сочетающуюся с необходимой механической прочностью. Заложенные в полимерную массу
высокие санитарные и экологические свойства гарантируют его гигиеническую безопасность и способность к вторичной переработке.
В качестве ТЭНов 5 применяют закрытые нагревательные элементы, представляющие собой медную трубку с запрессованной в нее нагревательной спиралью и керамическим наполнителем.
Предлагаемый накопительный электроводонагреватель работает следующим образом.
Открывается вентиль подачи холодной воды на магистральном трубопроводе (на фиг.1 не показан). Рукоятка 12 управления смесителем 11 устанавливается в положение «горячая вода» (правое положение до упора) и подтягивается в направление «на себя». При этом открывается подача воды в рабочий бак 1 электроводонагревателя. После этого необходимо дождаться выхода воды из носика излива 10 или душевой насадки (на фиг. не показана), закрыть воду, нажав рукоятку 12 управления смесителем 11 «от себя» и, нажав кнопку включения 15, включить электроводонагреватель в работу. При этом должна загореться пилотная лампа 16, сигнализируя о начале процесса нагрева. Нагревательный элемент 5 имеет повышенную мощность, управляется термостатом 6 и за минимальное время осуществляет эффективный нагрев воды. В процессе нагрева некоторое количество воды, обусловленное увеличением ее объема, будет вытекать в виде капель из носика излива 10 или душевой насадки, что не является дефектом работы электроводонагревателя. При достижении заданной на термостате 6 максимальной температуры нагревательный элемент 5 переходит в режим автоматического ее поддержания на заданном термостатом 6 уровне. В случае превышения заданного уровня температуры срабатывает дополнительный температурный выключатель второго порядка (на фиг.1 не показан), которым снабжен термостат 6. Подача напряжения на нагревательный элемент 5 мгновенно отключается. В работоспособное состояние термостат 6 можно вернуть только путем механического нажатия на кнопку возврата, расположенную на термостате (на фиг.1 не показана).
Таким образом, осуществляется дополнительная защита от возможного перегрева воды в рабочем баке 1.
Таким образом, предлагаемый электроводонагреватель, имеющий описанную выше конструкцию, обеспечивает по сравнению с прототипом существенное упрощение конструкции, а также повышенную эксплуатационную надежность и безопасность при сравнительно невысоких материальных затратах на его изготовление.