ПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЕГО ПОВРЕЖДЕНИЯ
DIRECT-FLOW WATER HEATER AND METHOD FOR PREVENTING DAMAGE THERETO

Область техники
Настоящее изобретение относится к водонагревательным устройствам, а именно к проточным водонагревателям.
Предпосылки к созданию изобретения
Из уровня техники известны водонагревательные устройства промышленного и бытового назначения.
Отдельную группу водонагревательных устройств образуют проточные электрические водонагреватели, которые обеспечивают подачу горячей воды по требованию, не нагревая воду заранее.
Подгруппа таких проточных электрических водонагревателей включает бытовые приборы, которые можно найти на потребительском рынке.
Бытовые проточные водонагреватели снабжены внутренним нагревательным элементом, приспособленным для мгновенного нагрева поступающей на вход холодной воды по мере ее прохождения через устройство и нагревательный элемент с тем, чтобы подавать горячую воду на выход устройства. Бытовые проточные водонагреватели могут быть выполнены с возможностью подачи горячей воды в душевую насадку, в трубу над раковиной и т.п.
Примерный проточный водонагреватель может быть сконфигурирован, например, как негерметичное устройство, схематически показанное на Фиг. 1 (предшествующий уровень техники).
(
Простой проточный водонагреватель 10 может содержать впускную трубу 12 для впуска воды в нагреватель, водяной клапан 14 с ручным управлением (регулятор расхода) для регулирования потока воды между впускной трубой 12 и входной (средней) трубой 16, реле давления 17 (прессостат) для определения давления воды, блок 18 для быстрого (мгновенного) нагрева воды, поступающей из средней трубы 16, и негерметичную выпускную трубу 20 нормально открытую в атмосферу), которая позволяет выпускать горячую воду из блока 18. Водяной клапан 14 может быть частью нагревательного устройства 10, но может быть и внешним (пользовательским) водопроводным краном, к которому подсоединена впускная труба 12 (также внешняя).
На Фиг. 1 нагревательный блок 18 управляется клапаном 14, связанным с реле давления 17, следующим образом:
- когда в нагревательный блок 18 поступает достаточный поток воды из средней трубы 16, нагревательный блок 18 включается, поэтому поток воды мгновенно нагревается блоком 18, а горячая вода выводится через выпускную трубу 20;
- в отсутствие воды в средней (входной) трубе 16 или при недостаточном ее давлении в трубе 16 (что происходит, когда регулятор расхода 14 закрывает проход между впускной трубой 12 и средней трубой 16) нагревательный блок 18 выключается.
Водонагреватели вышеуказанного типа чувствительны к способу их установки, поэтому любая неточность в установке может вызвать различные проблемы. Покупатели, которые приобретают такие проточные водонагреватели и сами устанавливают их, часто допускают ошибки при монтаже. Ошибки в установке могут привести к серьезному повреждению устройства.
Предмет и краткое изложение сущности изобретения.
При установке устройства типа, показанного на Фиг. 1, покупатели или неопытные сантехники могут совершить следующие типичные ошибки:
a) впускная труба установлена на месте трубы для выпуска воды, а выпускная труба – на месте впускной трубы,
b) выпускная труба подключена к водопроводному крану, вентилю и т.п., который закрывает выпускную трубу – например, при его повороте пользователем.
Любой из вышеперечисленных ошибок достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение нагревательного элемента и/или других компонентов устройства, и это является недостатком негерметичного водонагревателя. Действительно, в случае ошибочного применения (a) или (b), или того и другого, закрытие водяного клапана 14 и/или какого-либо вентиля, ошибочно подключенного к выпускной трубе 20, приведет к тому, что вода окажется запертой в нагревательном блоке 18 устройства, реле давления 17 обнаружит давление воды в трубе 16, устройство будет непрерывно нагревать воду, в результате чего все устройство 10 выйдет из строя.
Соответственно, целью настоящего изобретения является повышение надежности устройства и преодоление его вышеупомянутого недостатка путем предотвращения повреждений устройства, например, в случае какой-либо ошибки при монтаже.
Вышеуказанная цель может быть достигнута путем создания негерметичного проточного водонагревателя, сконфигурированного таким образом, чтобы предотвратить его повреждение в случае ошибки при монтаже, где указанный водонагреватель содержит бак для воды с нагревательным элементом и нормально открытую выпускную трубу,
причем выпускная труба снабжена выходным устройством чувствительным к потоку воды , содержащим по меньшей мере одно из нижеперечисленного:
односторонний клапан (с тем, чтобы позволить воде течь из бака к наружному концу выпускной трубы и предотвратить поток воды в обратном направлении, т.е. от выпускной трубы к баку),
механизм контроля потока выдачи воды (так называемый «выпускной» механизм контроля потока воды), выполненный с возможностью выключения нагревательного элемента при обнаружении в выпускной трубе потока воды в сторону бака или отсутствия потока воды.
Заявленный негерметичный проточный водонагреватель предпочтительно содержит:
- входную (среднюю) трубу,
- где вышеупомянутый бак сообщается с входной (средней) трубой и выпускной трубой,
- вышеупомянутый нагревательный элемент, приспособленный для мгновенного нагрева воды в баке,
- расположенный в баке термостат,
- механизм контроля давления воды или «впускной» механизм контроля потока подачи воды, связанный со средней (входной) трубой для определения давления воды или потока подачи воды, соответственно, в указанной трубе,
где расход воды через входную (среднюю) трубу регулируется водяным клапаном, предпочтительно управляемым вручную,
нагревательный элемент управляется с помощью указанного механизма контроля давления воды или указанного «впускного» механизма контроля потока подачи воды посредством включения нагревательного элемента при обнаружении заданного давления воды или заданного потока ( подачи, расхода) воды в средней трубе.
Если предлагаемый негерметичный водонагреватель смонтирован правильно, то предварительно установленный односторонний клапан вообще не будет ощущаться; в то же время, в случае ошибки в подключении труб односторонний клапан предотвратит заполнение бака водой, поступающей с неправильного направления.
В предпочтительном случае указанный односторонний клапан встроен в выпускную трубу вблизи наружного конца трубы, позволяя таким образом течь воде из выпускной трубы наружу, но блокируя поток воды снаружи к выпускной трубе и далее – к баку.
При необходимости в выпускной трубе может быть предусмотрен дополнительный односторонний клапан для обеспечения двойной защиты (например, если наружный клапан потерян/случайно отсоединился во время монтажа или переустановки).
Как уже упоминалось выше, выходное устройство чувствительное к потоку воды может иметь и другой вариант исполнения. Вместо одностороннего клапана или в дополнение к нему, предлагаемый проточный водонагреватель может быть снабжен механизмом контроля потока выдачи воды, соединенным с выпускной трубой (так называемым «выпускным» механизмом контроля потока воды).
Соответствующий выпускной механизм контроля потока воды должен реагировать на следующие события: наличие/отсутствие потока воды в трубе и направление потока воды в трубе.
Например, выпускной механизм контроля потока воды (здесь датчик расхода) может содержать первую часть, представляющую собой магнит, помещенный в шарообразную оболочку (шарик) из пластика, силикона или тому подобного материала, и вторую часть, представляющую собой магнитный детектор. Шарик может быть помещен в выпускную трубу, а магнитный детектор (например, электромагнитный блок) может быть расположен в определенном положении вне выпускной трубы, но в непосредственной близости от нее. Такой датчик расхода будет способен давать показания о наличии/отсутствии и направлении потока воды в трубе с заданной точностью.
В изобретении предусмотрено, что нагревательный элемент выключается, когда «выпускной» механизм контроля потока выдачи воды обнаруживает в выпускной трубе отсутствие потока воды или заданный поток воды в неправильном направлении (а именно в направлении от выпускной трубы к нагревательному блоку/баку).
При возникновении указанных событий выпускной механизм контроля потока воды соответствующим образом отреагирует на ошибку монтажа a) или b). В результате этой реакции нагревательный элемент выключится. В случае ошибки b) механизм контроля подачи воды обнаружит отсутствие потока (стоячую воду) в выпускной трубе, т. е. будет выступать в качестве датчика непроходимости. Такой «датчик непроходимости» поможет предотвратить повреждения устройства как в случае случайного накопления осадка или других отложений в выпускной трубе, так и в случае, если выпускная труба была ошибочно соединена с водопроводным краном/клапаном, который в какой-то момент времени оказался закрытым.
В устройстве также может быть дополнительно предусмотрена индикация ошибок монтажа, которая может реализована, например, выпускным механизмом контроля потока воды, установленным в/на выпускной трубе.
В предпочтительном случае нагреватель может также быть снабжен переключателем режима мощности с ручным управлением, который позволяет регулировать мощность нагревательного элемента. При помощи переключателя пользователь, например, сможет вручную выбирать один из доступных уровней мощности для получения горячей воды в необходимом температурном диапазоне.
Кроме того, нагреватель может быть снабжен сливной трубой для слива избыточного количества воды или пара из бака для воды наружу. Сливная труба выступает в качестве дополнительного средства для предотвращения повреждений нагревателя в тех случаях, когда в баке возникает слишком сильный поток воды, и/или когда вода кипит.
Необходимо учитывать, что водяной клапан с ручным управлением, который регулирует расход воды через входную (среднюю) трубу, обычно устанавливается между указанной трубой и впускной трубой. Водяной клапан может быть установлен внутри или снаружи.
Если водяной клапан установлен внутри, нагреватель также может быть снабжен впускной трубой, которая обычно соединяется с напорным шлангом. Если водяной клапан установлен снаружи (например, в виде наружного водопроводного крана), то обычно он располагается между наружной впускной трубой и входной (средней) трубой водонагревателя.
В соответствии с другим аспектом изобретения заявляется способ предотвращения повреждения негерметичного проточного водонагревателя, снабженного баком с нагревательным элементом и нормально открытой выпускной трубой; в случае ошибки при его монтаже. Такой способ состоит в том, чтобы снабдить водонагреватель на выпускной трубе выходным устройством чувствительным к потоку воды, которое содержит односторонний клапан и/или механизм контроля потока выдачи воды (названный в приведенном выше описании выпускным механизмом контроля потока воды).
Если водонагреватель содержит выпускной механизм контроля потока воды, то способ может заключаться в управлении водонагревателем следующим образом: нагревательный элемент выключается, если указанный механизм обнаруживает в выпускной трубе отсутствие потока воды или поток воды в направлении бака для воды, что позволяет предотвратить повреждение указанного водонагревателя (как в случае ошибки при монтаже, так и в случае непроходимости выпускной трубы).
Кроме того, способ может предусматривать установку переключателя режима мощности (переключателя мощности), получение сигнала настройки от такого переключателя и использование сигнала настройки для регулировки мощности нагревательного элемента.
Наконец, способ может также предусматривать индикацию в случае ошибок при монтаже водонагревателя. Например, индикация может быть основана на обнаружении определенных событий выпускным механизмом контроля потока воды и реализована при помощи светодиодов на корпусе нагревателя.
Ниже приводится более подробное описание изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение более подробно описывается далее со ссылкой на следующие чертежи, которые не являются ограничивающими:
На Фиг. 1 (предшествующий уровень техники) в упрощенной форме схематически изображена известная конфигурация негерметичного водонагревателя.
На Фиг. 2A и 2B изображены и поясняются варианты правильного монтажа водонагревателя, схематически показанного на Фиг. 1.
На Фиг. 2C схематически изображены и поясняются примеры неправильного монтажа водонагревателя, схематически показанного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 схематически изображен односторонний клапан, установленный на выпускной трубе предлагаемого нагревателя.
На Фиг. 4 схематически изображен один из вариантов осуществления предлагаемого нагревателя, который содержит односторонний клапан, показанный на Фиг. 3.
На Фиг. 5 схематически изображен более детальный вариант осуществления предлагаемого нагревателя, который содержит термостат, переключатель режима мощности и сливную трубу.
На Фиг. 6 представлено изображение в разобранном виде еще одного более детального варианта осуществления предлагаемого нагревателя, показаны механизм регулировки давления воды (переключатель), переключатель режима мощности, линии подключения для управления нагревательным элементом в баке для воды и т. п.
На Фиг. 7 изображен еще один вариант осуществления предлагаемого нагревателя, который содержит «выпускной» механизм контроля потока воды на выпускной трубе.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На Фиг. 1 изображено устройство, описанное в разделе «Предпосылки к созданию изобретения».
Рассмотрим правильные способы монтажа устройства, схематически показанные на Фиг. 1, а также последствия типичных ошибок при монтаже.
Примеры правильного монтажа негерметичного нагревателя показаны на Фиг. 2A и 2B.
На этих чертежах аналогичные элементы конструкции обозначены одинаковыми цифрами.
Если нагреватель 10 установлен в соответствии с инструкциями, вода обычно подается через напорный шланг к впускной трубе 12 и, если водяной клапан 14 открыт, поступает через среднюю (входную) трубу 16 к водонагревательному блоку 18. Когда реле давления 17 обнаруживает давление воды в трубе 16, водонагревательный блок включается, и поток воды мгновенно нагревается. Нагретая вода постоянно выводится из нагревателя через выпускную трубу для воды 20.
В одном из вариантов осуществления (Фиг. 2A) выпускная труба для воды 20 соединена с открытым краном 22. В другом варианте осуществления (см. Фиг. 2B) на конце выпускной трубы для воды 20 расположена душевая насадка 24. Для обоих вариантов характерно то, что ни 22, ни 24 не снабжены водяным клапаном/краном/заслонкой, которые контролируются пользователем, т. е. они всегда открыты в атмосферу (не герметичны). В соответствии с инструкциями, на выпускной трубе не должно быть вентилей, чтобы не допустить задержку и перегрев воды в проточном водонагревателе.
Если в соответствии с требованиями инструкций впускная труба соединена с подачей воды, а выпускная труба – с отводом воды, и, если на выпускной трубе не предусмотрен вентиль, электронагреватель будет работать надлежащим образом, а именно: когда пользователь открывает водяной клапан 14, поток воды поступает к нагревательному блоку 18 устройства по входной (средней) трубе 16, мгновенно нагревается в устройстве и подается пользователю через выпускную трубу 20.
На Фиг. 2C изображен пример неправильного монтажа обычного негерметичного проточного водонагревателя 10. Две ошибки монтажа схематически показаны на одном чертеже, хотя они могут возникать и по отдельности. Как уже отмечалось, покупатели или сантехники могут совершить следующие типичные ошибки:
a) выпускная труба 20 установлена на месте впускной трубы 12 и наоборот (т. е. попытка поменять трубы местами); неправильный монтаж показан пунктирными стрелками с подписями «Подача воды» и «Отвод воды», которые зачеркнуты как ошибочные и недопустимые;
b) выпускная труба 20 соединена с водопроводным краном или другим подобным устройством, которое может перекрыть нормально открытую выпускную трубу (в качестве примера изображен (-а) кран/заслонка 26 с вентилем с ручным управлением); устройство 26 также зачеркнуто как недопустимое.
Любой из вышеперечисленных ошибок достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение нагревательного элемента и других компонентов устройства. Действительно, в случае ошибочного применения (a) или (b) или того и другого, вода попадает в устройство и рано или поздно оказывается запертой в нагревательном блоке, который будет нагревать запертую воду, что приведет к перегреву и повреждению всего устройства. Такая ситуация более подробно описана ниже.
Если возникает только ошибка (b), вода окажется запертой в нагревательном блоке каждый раз, когда открыт водяной клапан 14, и закрыт (-а) ошибочный кран/заслонка 26. (На практике подобная опасная ситуация может возникнуть в том случае, если на выпускной трубе 20 имеется какой-либо вентиль, имеет место непроходимость трубы, и т.п.).
Если ошибка (a) возникает по отдельности или совместно с ошибкой (b), вода может оказаться запертой (закрытой) в нагревательном блоке, например, при закрытии пользователем водяного клапана 14.
На Фиг. 3 изображено одно из предлагаемых решений обозначенной выше проблемы: на выпускную трубу 20 устанавливается односторонний клапан 23, чтобы предотвратить поступление потока воды через выпускную трубу в сторону нагревательного блока. В этом варианте осуществления клапан 23 встроен в наружный конец выпускной трубы 20.
На Фиг. 4 изображен вариант осуществления 100 предлагаемого проточного водонагревателя, который содержит впускную трубу 12, водяной клапан с ручным управлением 14, входную (среднюю) трубу 16, механизм регулировки давления воды (реле давления) 17, соединенный со средней трубой 16, бак для нагрева воды 18 с электронагревательным элементом 19 и термостат 21. Поток нагретой воды из бака 18 поступает в выпускную трубу 20.
Реле давления воды 17 обнаруживает давление воды в средней трубе 16. Когда клапан с ручным управлением 14 открывает проход между впускной трубой и средней трубой, вода попадает в среднюю (входную) трубу и далее – в бак 18. Когда давление воды в трубе 16 достигает заданного значения, реле 17 включает электронагревательный элемент 19.
Как показано на Фиг. 3, по крайней мере один односторонний клапан 23 может быть встроен в выпускную трубу 20, чтобы предотвратить поток воды в неправильном направлении и перегрев водонагревателя в случае ошибки монтажа (a). Для повышения безопасности водонагревателя 100 может быть установлено большее число односторонних клапанов 23.
В таком случае (см. Фиг. 2C) любой из односторонних клапанов 23 будет предотвращать поступление потока воды через выпускную трубу в бак для воды и в среднюю трубу, а также ошибочную активацию нагревательного элемента 19 через реле давления 17. Благодаря этому удастся предотвратить возможный перегрев и повреждение оборудования. Иными словами, электронагреватель не будет включаться в случае ошибки монтажа, на основании чего пользователь/сантехник поймет, что необходимо заново выполнить монтаж устройства правильным образом. Возможна установка дополнительных средств индикации, например, сигнальной лампы (не изображена на чертежах).
На Фиг. 5 изображен еще один вариант осуществления проточного водонагревателя 100, адаптированный к установке устройства на стене. На данной фигуре изображены дополнительные элементы. Например, нагреватель снабжен переключателем режима мощности (переключателем мощности) 25, при помощи которого можно вручную переключаться между по крайней мере двумя положениями. В различных вариантах осуществления водонагревателя может быть предусмотрен выбор из трех или более уровней мощности на переключателе режима мощности 25. Различные уровни мощности соответствуют различным температурам воды, которые можно получить на выходе выпускной трубы 20. Предусмотрены индикаторы мощности 27, которые указывают соответствующие выбранные уровни мощности (на данном изображении показано два индикатора мощности).
В данном варианте осуществления предлагается дополнительная сливная труба 28 для слива избыточного количества воды или пара из бака 18. Сливная труба 28 имеет отдельное выпускное отверстие (не изображено на данном чертеже).
На Фиг. 6 представлено более детальное изображение в разобранном виде варианта осуществления проточного водонагревателя 100. Линии электропитания и управления соединяют между собой различные компоненты водонагревателя. Как видно на изображении, реле давления 17 содержит мембрану 17A и пружинный переключатель нормального потока 17B, которые совместно реагируют, когда поток воды в средней трубе 16 достигает заданного уровня давления. Когда достигается такой заданный уровень давления, реле 17 посылает контрольный сигнал через свои контакты 17C на контакты 19A термостата 21, соединенного с электронагревательным элементом 19, чтобы включить нагревательный элемент. Контрольный сигнал также зависит от уровня мощности, выбранном на переключателе мощности 25: выбранное положение переключателя мощности 25 активирует соответствующие контакты 17C на реле давления 17. Кроме того, выбранный уровень мощности также отображается соответствующей из ламп 27 индикаторной лампой уровня мощности.
Водонагреватель 100 также может быть снабжен экраном 29 для отображения текущей температуры горячей воды.
Устройства контроля потока выдачи воды (односторонний (-е) клапан (-ы) и др.) не показаны на Фиг. 6.
На Фиг. 7 изображен еще один вариант осуществления предлагаемого водонагревателя 100', который может содержать следующие компоненты:
- блок 17', соединенный с входной (средней) трубой 16 и реализуемый в виде механизма регулировки давления или «впускного» механизм контроля потока подачи воды,
- дополнительный «выпускной» механизм контроля потока воды 30, соединенный с выпускной трубой 20,
- дополнительный второй односторонний клапан 23 (обозначен пунктиром) для двойной защиты выпускной трубы 20 от потока воды в противоположном направлении.
Функции одностороннего клапана 23 объяснены выше в описании Фиг. 3 и Фиг. 4.
В предпочтительном случае нагреватель 100' снабжен переключателем режима мощности 25 и управляется в соответствии с уровнями мощности, выбранными на переключателе режима мощности 25.
В этом варианте осуществления механизмы 17', 30 и переключатель режима мощности 25 в целях управления соединены с нагревательным элементом 19 (соединение обозначено стрелками).
Как указано выше, механизм определения давления воды реагирует при достижении заданного давления воды. Кроме того, как указано выше, механизм контроля потока подачи воды реагирует на присутствие заданного потока воды, а именно – на направление потока воды.
Нагревательный элемент 19 нагревателя 100' управляется по крайней мере на основании показаний блока 17' (реле давления или переключатель потока воды). При обнаружении заданного давления воды или заданного направления потока (в сторону нагревательного блока 18) в трубе 16 нагревательный элемент 19 включится. Для управления нагревательным элементом 19 также может учитываться текущее положение водяного клапана 14 (хотя соответствующая стрелка для обозначения управления не изображена на чертеже).
В этом варианте осуществления изобретения нагревательный элемент 19 может дополнительно управляться индикацией механизма контроля подачи воды (устройства измерения расхода) 30, что показано пунктирными линиями.
В этом варианте осуществления выпускной механизм контроля потока воды 30 – это датчик расхода, изготовленный компанией Заявителя. Датчик расхода содержит магнит в пластиковой шарообразной оболочке, который помещен в выпускную трубу 20, и электромагнитный детектор, который расположен в определенном положении вне выпускной трубы, но в непосредственной близости от нее (механизм датчика расхода 30 детально не изображен на чертеже.)
Датчик расхода 30 способен обнаруживать с определенной степенью точности (и при необходимости обеспечивать индикацию таких событий) следующие события:
1) наличие потока воды в направлении от трубы 20 в сторону нагревательного блока 18;
2) отсутствие потока в трубе 20 (т. е. полное отсутствие воды или присутствие стоячей воды).
В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения при наступлении любого из указанных выше событий 1 и/или 2, обнаруженных выпускным механизмом контроля потока воды 30, нагревательный элемент 19 выключается.
Действительно, в случае монтажа одной трубы на место другой и наоборот (ошибка монтажа «a»), механизм 30 обнаружит в выпускной трубе 20 поток воды в неправильном направлении (в сторону нагревательного блока 18), и нагревательный элемент 19 выключится.
Если на выпускной трубе 20 имеется вентиль (ошибка монтажа «b»), механизм 30 обнаружит в трубе 20 отсутствие потока (стоячую воду), и нагревательный элемент 19 выключится.
Если в выпускной трубе 20 отсутствует вода, скорее всего, это означает, что бак 18 пуст. Поэтому, если выпускной механизм контроля потока воды указывает на отсутствие потока, то в любом случае будет логично выключить нагревательный элемент 19.
По крайней мере, на основании описанных выше функций выпускного механизма контроля потока воды может быть предусмотрена визуальная индикация ошибок монтажа в предлагаемом водонагревателе (не изображена на чертеже).
Хотя в описании изобретения приводятся конкретные варианты осуществления и их изображения, подразумевается, что могут быть предложены и другие варианты осуществления устройства, которые также должны считаться частью настоящего изобретения, если они подпадают под пункты формулы изобретения, приведенные ниже.