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 (см., например, патент РФ на изобретение №2008570, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1994, а также патент РФ на изобретение №2172900, кл. F 24 H 1/20, опубл. 2001) предназначены для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Они характеризуются высоким быстродействием при большом энергопотреблении.
Конструкции электроводонагревателей отличаются большим разнообразием и непрерывно совершенствуются. При конструировании электроводонагревателей разработчики сталкиваются с решением целого ряда проблем, таких как повышение экономичности, скорости нагрева воды, уменьшение материальных затрат и др. Среди этих проблем особое место
занимает проблема обеспечения надежности электроводонагревателей, которая решается различными путями.
В настоящее время рабочие баки электроводонагревателей изготавливаются из эмалированной, нержавеющей стали и из композиционных материалов. Изготовленные из нержавеющей стали баки эффективно противостоят коррозии. Соединительные швы рабочих баков свариваются электронно-лучевой сваркой в вакуумном поле. Такая технология обеспечивает высокую коррозионную устойчивость сварных швов. Кроме того, в рабочие баки электроводонагревателей устанавливают специальные элементы - магниевые аноды, предназначенные для защиты стальных элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии. Однако в результате длительного использования анод сам подвергается коррозии, его работа становится неэффективной, и он должен быть заменен новым. В противном случае возможно возникновение внештатной ситуации - корродирования сварных швов, а затем и протечки шва. В материалах предлагаемой заявки на полезную модель рассматривается одна из возможностей решения указанной выше проблемы повышения надежности работы электроводонагревателя.
Рассмотрим в качестве аналогов предлагаемой полезной модели некоторые конструкции накопительных электроводонагревателей. Из технической и патентной литературы известны два основных типа
накопительных электроводонагревателей: с одним резервуаром (баком) и с двумя баками.
Известен электрический водоподогреватель с резервуаром для хранения горячей воды (см. заявку Японии 3-173275, кл. F 24 H 1/18, опубл. 2001), который содержит водный резервуар и циркуляционный насос. Циркуляционный насос забирает воду из нижней части резервуара и возвращает ее обратно через его верхнюю часть. Водонагреватель содержит также нагреватель для подогрева воды во время ее циркуляции, датчик для контроля температуры нагретой воды и блок регулирования, который сравнивает фактическую и заданную температуру горячей воды и в соответствии с результатом сравнения генерирует управляющие сигналы для нагревателя и циркуляционного насоса.
Известен также электроводонагреватель, содержащий расположенные параллельно два вертикальных бака (см. патент РФ на полезную модель №44373, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2005 г.), соединенных двумя соединительными патрубками. Баки расположены внутри защитного корпуса, заполненного теплоизоляцией. В нижней части одного из баков, расположен входной патрубок, предназначенный для подачи холодной воды, а в верхней части другого бака располагается выходной патрубок, предназначенный для выпуска горячей воды. Входной патрубок подачи холодной воды снабжен обратным предохранительным клапаном. В электроводонагревателе предусмотрена установка одного или двух
нагревательных элементов, термостата и магниевого анода, предназначенного для защиты элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии.
Однако оба рассмотренные выше технические решения имеют общие недостатки, заключающиеся в отсутствии возможности оповещения пользователя о возникшей разгерметизации рабочего бака электроводонагревателя и блокирования подачи в него холодной воды.
Наиболее близкой по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является система для нагревания и хранения воды (см. заявку Великобритании №2372801 А1, кл. МПК 7 F 24 Н 1/18, oп. 04.09.02), которая имеет устройство для нагрева холодной воды и емкость для хранения нагретой воды. Система состоит из цилиндра (рабочего бака), окруженного теплоизолирующим слоем и установленного на плите основания с помощью уплотнительных и крепежных деталей. Электронагреватель расположен внутри рабочего бака и предназначен для нагрева находящейся в нем воды. Горячая вода подается к изолированной трубе, которая вертикально выступает из отверстия в пластине основания. Входное отверстие изолированной трубы располагается в верхней части рабочего бака. Система снабжена также температурным датчиком, имеет устройство регулирования потока и расширительную камеру. В системе удачно решены вопросы, связанные с теплоизоляцией, а именно: все соединители проходят к рабочему баку через плиту основания таким образом,
что потери тепла через теплоизолирующий слой, окружающий рабочий бак, минимальны. Кроме того, в известной системе через днище рабочего бака в котором хранится нагретая вода, проходят шесть конструктивных элементов (патрубки, элементы электронагревателя и температурного датчика), при этом все они тщательно загерметизированы, что является несомненным достоинством системы, выбранной в качестве прототипа.
Однако важным недостатком анализируемого технического решения является его невысокая надежность, обусловленная отсутствием в нем устройств, предназначенных для аварийного отключения подачи воды при возникновении такой внештатной ситуации, как, например, протечка в сварных швах рабочего бака.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы электроводонагревателя.
Для достижения поставленной задачи предлагается электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит рабочий бак, наружный корпус и расположенную между ними теплоизоляцию, патрубки подвода холодной воды и отвода горячей воды, электронагревательный элемент и термодатчик, размещенные внутри рабочего бака.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип электроводонагревателя, является то, что в днище наружного корпуса выполнено дополнительное отверстие, в котором
герметично установлен защитный сливной патрубок. Верхняя часть защитного сливного патрубка расположена в днище наружного корпуса, а его нижняя часть соединена с системой слива. Кроме того, верхняя часть защитного сливного патрубка может быть снабжена световым или звуковым датчиком наличия воды на днище наружного корпуса. Для повышения надежности работы прибора на входном патрубке электроводонагревателя установлен электромагнитный клапан, электрически соединенный с датчиком наличия воды на днище наружного корпуса. Кроме того, для защиты стальных элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии внутри рабочего бака может быть установлен анод.
Задача, поставленная при создании предлагаемой полезной модели - повышение надежности электроводонагревателя.
Выполнение указанной задачи стало возможным благодаря введению в формулу полезной модели следующих существенных признаков: установке защитного сливного патрубка таким образом, что его верхняя часть расположена в днище наружного корпуса, а нижняя - соединена с системой слива. Благодаря этому в случае возникновения протечки в сварных швах рабочего бака, вода с днища наружного корпуса будет стекать в систему слива (дренажную систему или канализацию).
Кроме того, в конструкции предусмотрена возможность установки в верхней части защитного сливного патрубка (см. пункт 2 формулы) датчика, который световым или звуковым сигналом предупреждает пользователя о появлении воды на днище наружного корпуса электроводонагревателя. Этот признак усиливает указанный выше технический результат - повышение надежности электроводонагревателя.
Включенный в пункт 3 формулы дополнительный признак, касающийся установки на входном патрубке электромагнитного клапана с возможностью его электрического соединения с датчиком наличия воды на днище наружного корпуса, обеспечивает автоматическое отключение подачи воды даже при отсутствии пользователя.
Следует также добавить, что 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 герметичного корпуса 1 рабочего бака, наружного корпуса 2 и расположенную между ними теплоизоляцию 3. В нижней части рабочего бака смонтированы входной патрубок 4 подачи холодной воды и выходной патрубок 5, предназначенный для забора горячей воды. На фланце 6, герметично установленном в нижней части рабочего бака, размещены электронагревательный элемент 7, термодатчик 8 и анод 9, предназначенный для защиты элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии. На герметичном фланце 6 монтируется также термостат 10. В днище наружного корпуса выполнено дополнительное отверстие, в котором герметично установлен защитный сливной патрубок 11, причем верхняя часть защитного сливного патрубка 11 расположена в днище наружного корпуса 2, а его нижняя часть соединена с системой 12 слива воды (например, дренажной системой или канализацией). Верхняя часть защитного сливного патрубка 11 снабжена световым или звуковым датчиком 13, сигнализирующим о наличии воды на днище наружного корпуса 2. Датчик 13 электрически соединен с
электромагнитным клапаном 14, установленным на входном патрубке 4. На лицевой панели 15 расположены: шкала 16 термодатчика 8, выключатель 17 и лампочка 18 индикации включения электронагревательного элемента 7. Герметичный корпус 1 рабочего бака может быть изготовлен из нержавеющей или эмалированной стали, а также из различных композиционных материалов. Наружный корпус 2 электроводонагревателя может быть выполнен из специального конструкционного пластика, окрашенной стали, либо из нержавеющей стали. Патрубки электроводонагревателя - входной патрубок 4 подачи холодной воды, выходной патрубок 5 забора горячей воды и защитный сливной патрубок 11 выполнены из нержавеющей стали. В качестве электронагревательного элемента 7 (ТЭНа) применяются закрытые нагревательные элементы, представляющие собой медную трубку с запрессованной в нее нагревательной спиралью и керамическим наполнителем. Анод 9 изготовлен из магниевого сплава. Теплоизоляция 3, заполняющая объем между корпусом 1 рабочего бака и наружным корпусом 2, выполнена из экологически чистого пенополиуретана. Пенополиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности и является наиболее эффективным теплоизоляционным материалом.
Предлагаемый накопительный электроводонагреватель в рабочем режиме эксплуатации работает обычным образом.
Перед включением в электрическую сеть электроводонагреватель заполняют холодной водой. Холодная вода через входной патрубок 4 поступает в рабочий бак, при этом холодная вода заполняет рабочий бак, вытесняя из него воздух через выходной патрубок 5. Как только вода в рабочем баке достигнет верхнего уровня выходного патрубка 5, она начнет выливаться через него наружу, что является признаком полного заполнения электроводонагревателя. После этого на выходном патрубке 5 закрывается выходной вентиль (на фиг. не показан) и электроводонагреватель подключается к электрической сети. По мере нагрева вода 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.
Пользователь задает нужный температурный режим, который поддерживается с помощью термостата 10. На шкале 16 отражается фактический уровень температуры воды. В случае превышения предельной температуры нагрева, термодатчик 8 автоматически отключает питание устройства. Нагрев воды в рабочем баке осуществляется электронагревательным элементом 7, который включаются с помощью выключателя 17. При включении электронагревательного элемента 7 на лицевой панели 15 загорается лампочка 18 индикации. При снижении температуры воды термостат 10 автоматически подключает питание, поддерживая, таким образом, установленную температуру. При расходе
горячей воды ее объем непрерывно замещается водой из нижней части рабочего бака за счет подпора давлением водопровода.
В случае утечки воды через сварные швы рабочего бака, вода попадает на электроды датчика 13 наличия воды на днище наружного корпуса 2. Датчик 13 подает звуковой или световой сигнал, свидетельствующий о разгерметизации швов рабочего бака. Кроме того, от датчика 13 подается управляющий сигнал на закрытие электромагнитного клапана 14, установленного на входном патрубке 4. Вода, уже поступившая из сварных швов на днище наружного корпуса 2, постепенно стечет в систему слива 12 (например, дренажную систему или канализацию).
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить эксплуатационную надежность работы электроводонагревателя путем установки в днище наружного корпуса защитного сливного патрубка с датчиком, а на входном патрубке электромагнитного клапана - простых, но эффективных средств, не требующих больших дополнительных материальных затрат.