РЕЗЕРВУАР ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ И УЗЕЛ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к крепежному узлу, посредством которого электронагреватели прикрепляются к стеклянным резервуарам, предназначенным для нагрева жидкости, в особенности для кипячения воды.
Уровень техники
В последние годы устройства для нагрева жидкости, использующие стеклянные резервуары с электрически подогреваемым основанием, выполнялись в виде стеклянного корпуса, прикрепленного к электронагревателю посредством адгезива, поскольку такой вариант относительно прост и недорог. Однако деформирующие нагрузки, прикладываемые к стеклянному корпусу электронагревателем при доведении воды до кипения с последующим охлаждением и возникающие вследствие различия коэффициентов теплового расширения корпуса и электронагревателя, могут привести к утечке через адгезивное уплотнение. Желательно также уменьшить контакт между жидкостями, предназначенными для потребления человеком, и летучими органическими соединениями, которые присутствуют в эпоксидных составах и других адгезивах, используемых в таких устройствах. Кроме того, если в варианте с нагреваемым основанием, приклеенным к стеклянному корпусу, соответствующий элемент не пройдет исходное заводское испытание (а фактически это иногда имеет место), приходится отбраковывать все устройство, идя при этом на значительные убытки из-за потери относительно дорогого стекла.
Из уровня техники также известно использование силиконовых герметизирующих прокладок между корпусом и нагревательным элементом. Например, такое устройство для нагрева жидкости известно из публикации WO 96/18331 А1. В частности, в данном документе раскрыто устройство для нагрева жидкости, содержащее корпус и нагревательную пластину, расположенную в основании корпуса, причем между указанными корпусом и пластиной зажата силиконовая герметизирующая прокладка. Предложенная конструкция частично устраняет вышеупомянутые недостатки, связанные с применением адгезивных уплотнений, однако, она не может обеспечить надежного уплотнения для большего количества циклов закипания и остывания, так как единственная силиконовая прокладка непосредственно контактирует с кипящей жидкостью, что вместе с различными тепловыми расширениями корпуса и нагревательной пластины приводит к возникновению протечки.
Раскрытие полезной модели
При разработке данной полезной модели ставилась задача создать усовершенствованную систему герметизации для устройств, нагревающих жидкость.
В своем первом аспекте полезная модель представляет собой устройство для нагрева жидкости, содержащее:
- по существу, стеклянный корпус резервуара, имеющий отверстие в своем основании, и электронагреватель, выполненный с возможностью закрывать данное отверстие, причем корпус резервуара имеет участок стенки, выступающий вниз, а электронагреватель содержит соответствующий ему участок стенки, расположенный так, чтобы он в осевом направлении перекрывал выступающий вниз участок стенки резервуара,
- крепежное средство, прикрепляющее электронагреватель к корпусу резервуара, причем крепежное средство прижато к корпусу резервуара посредством создаваемого им сжимающего усилия, воздействующего по периметру на участок стенки резервуара, выступающий вниз,
- первое герметизирующее средство, помещенное между выступающим вниз участком стенки резервуара и указанным участком стенки электронагревателя, и
- второе герметизирующее средство, помещенное между крепежным средством и выступающим вниз участком стенки резервуара.
Такая конструкция, в частности, благодаря использованию двух герметизирующих средств, одно из которых расположено между крепежным средством и стенкой, т.е. не контактирует с кипящей жидкостью, обеспечивает эффективное герметизирующее уплотнение между нагревателем и корпусом резервуара в широком температурном диапазоне и для большого количества рабочих циклов без необходимости в применении адгезивов, контактирующих с водой, что в свою очередь дополнительно облегчает удаление и замену нагревателя, не прошедшего заводские испытания.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления устройства для нагрева жидкости, крепежное средство содержит хомут, обеспечивающий прижатие указанного средства к корпусу резервуара, и средство для затягивания хомута, обеспечивающее приложение сжимающего усилия.
Выступающий вниз участок стенки резервуара предпочтительно расположен снаружи указанного участка стенки электронагревателя.
Первое герметизирующее средство предпочтительно представляет собой кольцевой уплотнитель с поперечным сечением, способным скачкообразно изменять профиль при приложении усилия.
Второе герметизирующее средство предпочтительно представляет собой кольцевую уплотнительную прокладку.
Крепежное средство и выступающий вниз участок стенки резервуара предпочтительно сконфигурированы с возможностью обеспечить приложение осевого сжимающего усилия, обеспечивающего принудительное введение электронагревателя в отверстие в основании стеклянного корпуса резервуара.
Для формирования осевого сжимающего усилия крепежное средство предпочтительно снабжено скошенной поверхностью.
Также предпочтительно, чтобы крепежное средство содержало выступы, направленные радиально внутрь для обеспечения закрепления электронагревателя.
В своем втором аспекте предлагаемая полезная модель соответствует блоку электронагревателя, выполненному с возможностью закрывать отверстие в основании, по существу, стеклянного резервуара для нагрева жидкости, имеющего участок стенки, выступающий вниз. Блок электронагревателя содержит:
- участок стенки, расположенный так, что в рабочем состоянии устройства он перекрывает выступающий вниз участок стенки резервуара в осевом направлении,
- крепежное средство для прикрепления электронагревателя к корпусу резервуара, причем крепежное средство выполнено с возможностью его прижатия к корпусу резервуара и создания сжимающего усилия, воздействующего по периметру на участок стенки резервуара, выступающий вниз,
- первое герметизирующее средство, выполненное с возможностью его установки между выступающим вниз участком стенки резервуара и указанным участком стенки электронагревателя, и
- второе герметизирующее средство, выполненное с возможностью его установки между крепежным средством и выступающим вниз участком стенки резервуара.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления блока электронагревателя по настоящей полезной модели, крепежное средство содержит хомут, обеспечивающий прижатие указанного средства к корпусу резервуара, и средство для затягивания хомута, обеспечивающее приложение сжимающего усилия.
Выступающий вниз участок стенки резервуара предпочтительно расположен снаружи указанного участка стенки электронагревателя.
Первое герметизирующее средство предпочтительно представляет собой кольцевой уплотнитель с поперечным сечением, способным скачкообразно изменять профиль при приложении усилия.
Второе герметизирующее средство предпочтительно представляет собой кольцевую уплотнительную прокладку.
Крепежное средство предпочтительно сконфигурировано с возможностью обеспечить, при прикреплении блока электронагревателя к резервуару, приложение осевого сжимающего усилия, обеспечивающего принудительное введение электронагревателя в отверстие в основании стеклянного корпуса резервуара.
Для формирования осевого сжимающего усилия крепежное средство предпочтительно снабжено скошенной поверхностью.
Также предпочтительно, чтобы крепежное средство содержало выступы, направленные радиально внутрь для обеспечения закрепления электронагревателя.
Таким образом, специалисту в этой области будет понятно, что согласно предлагаемой полезной модели электронагреватель (далее именуемый нагревателем) прикреплен к корпусу резервуара крепежным средством, которое прижимается к стенке резервуара посредством сжимающего усилия, воздействующего в поперечном направлении на участок стенки резервуара. Чтобы обеспечить непроницаемое для воды соединение, первое герметизирующее средство будет удерживаться между двумя участками стенок, а второе герметизирующее средство зажимается между крепежным средством и участком стенки резервуара так, чтобы, не отклоняя участка стенки резервуара, можно было перенести на второе герметизирующее средство сжимающее усилие, исходящее от зажимного средства, и, тем самым, погасить деформации, возникающие на стеклянном корпусе резервуара под воздействием зажимного средства. Вместе с тем, такая конструкция обеспечивает эффективное герметизирующее уплотнение между нагревателем и корпусом резервуара в широком температурном интервале и для большого количества рабочих циклов, а также позволяет избежать применения адгезивов, контактирующих с водой, и облегчает удаление и замену нагревателя, не прошедшего заводские испытания.
Как описано выше, возможны различные варианты прижатия крепежного средства к корпусу резервуара. Так, в одном варианте крепежное средство содержит хомут (например в форме зажимного кольца), охватывающий участок стенки резервуара, а также средство затягивания хомута, обеспечивающее приложение сжимающего усилия.
Средство затягивания хомута может быть выполнено в различных формах. Так, может быть применен червячный механизм, подобный узлам, используемым в стяжных хомутах типа Jubilee. Возможен вариант, применяющий для затягивания хомута храповой механизм или конструкцию с перебрасывающимся рычагом. В одном варианте полезной модели средство затягивания содержит винт, предназначенный, например, для соединения двух концов хомута друг с другом и затягивания хомута вокруг участка стенки резервуара с приложением сжимающего усилия.
Можно связать нагреватель с резервуаром винтами или прикрепить его каким-то образом к крепежному средству. В частности, в предлагаемой группе вариантов осуществления крепежное средство, наряду с обеспечением сжимающего усилия по периметру, обеспечивает также приложение осевого сжимающего усилия для введения нагревателя в отверстие в основании стеклянного корпуса резервуара. В этой группе вариантов крепежному средству и/или выступающему вниз участку стенки резервуара придана конфигурация, обеспечивающая возникновение этого осевого сжимающего усилия, когда данное средство прижимается к указанному участку. В приведенном в качестве примера варианте крепежное средство выполнено со скошенной поверхностью, которая при приложении усилия по периметру формирует составляющую, направленную вверх. В предпочтительной группе вариантов крепежное средство для закрепления нагревателя снабжено выступами, направленными радиально внутрь.
Предусмотрена возможность установить участок стенки нагревателя так, чтобы он охватывал выступающий вниз участок стенки резервуара радиально снаружи, однако, желательно, чтобы из этих двух участков участок стенки резервуара был наиболее удален от центра. Это позволяет свести размер нагревателя к минимуму, тем самым уменьшив материальные затраты.
В одном варианте осуществления первое герметизирующее средство представляет собой кольцевой уплотнитель с поперечным сечением, способным скачкообразно изменять свой профиль при приложении усилия. Например, у уплотнителя может иметься отдельный участок, отходящий от верхней части уплотнителя вниз. В таком варианте при сжатии герметизирующее средство складывается само на себя. Первое герметизирующее средство можно снабдить (предпочтительно на одной из его внутренних поверхностей) одним или более кольцевых утолщений. Такие конструктивные элементы гарантируют, что, когда нагреватель вмонтирован в корпус резервуара, данное герметизирующее средство обеспечивает адекватное радиальное уплотняющее давление. В одном варианте осуществления второе герметизирующее средство, установленное между зажимным средством и участками стенок, представляет собой уплотнительное кольцо.
В общем случае нагреватель будет представлять собой пластину и нагревательный элемент с защитной оболочкой, причем пластина предпочтительно содержит участок стенки нагревателя, а нагревательный элемент прикреплен (например припаян) к нижней стороне пластины. Между данными элементом и пластиной можно установить теплорассеивающую пластину, выполненную, например, из алюминия.
Краткое описание чертежей
Далее предлагаемая полезная модель будет описана на примере предпочтительного варианта ее осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых
фиг.1 в перспективном изображении иллюстрирует резервуар по варианту осуществления предлагаемой полезной модели, выполненный со стеклянным корпусом и предназначенный для нагрева жидкости,
на фиг.2 резервуар по фиг.1 показан в продольном разрезе,
фиг.3 в разрезе и в увеличенном масштабе иллюстрирует герметизирующие компоненты резервуара.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 представлен резервуар 1 для нагрева жидкости, выполненный согласно варианту осуществления предлагаемой полезной модели. Резервуар 1 содержит стеклянный корпус 2, имеющий, в целом, цилиндрическую форму. В типичном варианте корпус будет снабжен не показанными на чертежах сливным носиком, расположенным в верхней зоне резервуара, и ручкой, которая закреплена на корпусе сбоку и позволяет поднимать и переносить резервуар.
На изображениях резервуара и его компонентов в разрезе (см. фиг.2) и в увеличенном масштабе (см. фиг.3) можно более наглядно рассмотреть, что стеклянный корпус 2 имеет вогнутый внутрь участок 4 и выступающий от него вниз участок 6 стенки. У периферийной кромки участка 6 выполнен немного утолщенный закругленный ободок 8.
Выполненный, в основном, плоским, нагреватель 10 подогнан по месту таким образом, чтобы он закрывал нижнее отверстие в стеклянном корпусе 2. В данном случае можно использовать скрытые нагреватели закрытого типа или толстопленочные нагреватели. Оба варианта хорошо известны из уровня техники. Как более наглядно показано на фиг.2 и фиг.3, хотя нагреватель 10, в целом, плоский, на нем выполнен периферийный буртик 12 с выступающим вверх участком 14 стенки нагревателя, находящимся радиально внутри периферийного участка 16 стенки, который, выступая вниз от плоскости нагревателя, оканчивается кольцевым фланцем 17, отогнутым в радиальном направлении. Выступающий вниз участок 6 стенки резервуара в осевом направлении занимает положение, аналогичное положению отогнутого вниз участка 16 стенки нагревателя, причем периферийный ободок 8 участка 6 расположен непосредственно над кольцевым фланцем 17.
Первому (кольцевому) герметизирующему средству 18, участок которого выступает вниз от верхней части и на наружной стороне своей внутренней стенки 22 снабжен двумя кольцевыми закругленными утолщениями 20, придана форма, позволяющая с усилием ввести его между отогнутым вниз участком 16 стенки нагревателя и участком 6 стенки резервуара с охватом участка 16 по периметру. Тем самым обеспечивается водонепроницаемое уплотнение между участком 16 стенки нагревателя и участком 6 стенки резервуара. Продолжение 24 внутренней стенки 22 кольцевого герметизирующего средства 18 устанавливается под ободком 8, у периферийной кромки выступающего вниз участка 6 стенки резервуара.
На наружной стороне участка 6 непосредственно над ободком 8 установлена кольцевая уплотнительная прокладка 26, охватывающая по периметру стеклянный корпус 2. С ее наружной стороны находится крепежное средство, в конструкцию которого входит зажимное кольцо 28, контактирующее как с наружной кромкой периферийного ободка 8, так и с прокладкой 26. Внутренняя поверхность 28а кольца 28 в направлении к своей верхней кромке сужается радиально внутрь. Кольцо 28 зафиксировано винтом 30, сжимающим друг с другом два его конца. Как наиболее наглядно показано на фиг.1, зажимное кольцо 28 снабжено также выступами 34, направленными радиально внутрь и упирающимися в кольцевой фланец 17 нагревателя 10, прижимая его к корпусу резервуара.
В процессе сборки кольцевое герметизирующее средство 18 в сжатом виде устанавливают в требуемое положение и заклинивают между отогнутым вниз участком 16 стенки нагревателя и выступающим вниз участком 6 стенки резервуара, причем на этой стадии нагреватель 10 устанавливают, с усилием, на предназначенное для него место в нижнем отверстии стеклянного корпуса 2. На наружную сторону участка 6 устанавливают кольцевую уплотнительную прокладку 26 и сверху помещают кольцо 28. Фиксируют кольцо 28, затягивая винт 30, функция которого заключается в уменьшении периметра кольца 28. В результате по периметру возникает сжимающее усилие, прижимающее кольцо 28 к выступающему вниз участку 6 стенки резервуара. Кроме того, при затягивании винта 30 к кольцу 28 прикладывается направленное вверх осевое усилие, которое посредством выступов 34 передается на нагреватель 10, так что он принудительно вдвигается в корпус 2 резервуара.
Для специалистов в соответствующей области будет понятно, что данное описание не является исчерпывающим, т.е. в нем просто приведены примеры некоторых вариантов полезной модели. В частности, для приложения сжимающего усилия применение хомута не имеет принципиального характера, и возможно использование любого другого пригодного средства, например червячного механизма.