Накопительный, аккумуляционный водонагреватель

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, а именно к накопительным, аккумуляционным водонагревателям для бытовых помещений, таких как жилые помещения, офисы, дачные домики, бытовки строительно-монтажных организаций и прочие объекты.
Известен водонагреватель накопительного типа (патент RU на полезную модель N44373, 2004), который содержит расположенные параллельно два вертикальных бака, соединенных вверху и внизу патрубками, входной патрубок подачи холодной воды, расположенный в нижней части, и выходной патрубок выхода горячей воды, расположенный в верхней части другого бака. Баки расположены внутри наружного защитного корпуса, заполненного теплоизоляцией. Два нагревательных элемента смонтированы на герметично установленных фланцах каждого бака. Водонагреватель снабжен выносным термостатом. На наружном корпусе установлена панель управления с ручкой управления термостатом и переключателями режимов мощности нагревательных элементов. Нижняя часть корпуса снабжена предохранительной крышкой.
Недостатками данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности, трудоемкость в изготовлении, недолговечность из-за коррозии нагревательных элементов и невозможность их замены при ремонте без слива воды, увеличенные габаритные размеры, в том числе габарит глубины. Известная конструкция может быть использована только с предварительным подогревом воды.
Известен электроводонагреватель бытовой для горячего децентрализованного водоснабжения помещений, который содержит вертикально расположенные два бака, соединенные двумя трубами, при этом верхний бак снабжен трубой подачи холодной воды, нижний - трубой выпуска горячей воды, и нагревательные элементы, расположенные в нижней части полости бака, труба выпуска горячей воды расположена в дне нижнего бака, а входной конец ее заведен в верхнюю часть полости этого бака. Выходной конец соединительной трубы заведен в нижнюю часть полости нижнего бака в зону расположения нагревательного элемента, а вторая соединительная труба представляет собой патрубок, снабженный вентилем и расположенный между дном верхнего бака и верхом нижнего бака (патент RU на изобретение № 2116580, 1998).
В известном водонагревателе теплоизолированным является только один из баков, а именно нижний, имеющий меньшую емкость, что приводит к потерям тепла, а следовательно, к повышению расхода электроэнергии. К недостаткам известного электроводонагревателя следует также отнести наличие трех вентилей, обеспечивающих работу устройства, управление которыми осуществляется вручную.
Известна система горячего водоснабжения с тепловым насосом (заявка JP 3-173204, 2001), которая содержит несколько, например два, параллельно установленных резервуаров для горячей воды, водонагреватель с тепловым насосом, контур циркуляции, в котором вода циркулирует между водонагревателем и резервуарами и при этом нагревается до кипения. Известная система содержит также подводящий трубопровод для холодной воды, подсоединенный к нижней части резервуаров; трубопровод для горячей воды, соединенный с верхней частью резервуаров; электроводонагреватели, встроенные внутрь резервуаров, а также многоходовые клапана. Один из клапанов осуществляет выборочное подключение резервуаров к контуру циркуляции, а другой выборочно подключает соответствующий резервуар к трубопроводу холодной воды.
К недостаткам известного электроводонагревателя следует отнести  значительные потери тепла, которые возникают в результате отсутствия в конструкции устройства теплоизоляции баков, что приводит к дополнительным потерям тепла, а следовательно, и к повышению расхода электроэнергии. Кроме того, конструкция электроводонагревателя обладает высокой энергоемкостью, обусловленной наличием в контуре циркуляции воды теплового насоса, а также сложной системой переключения резервуаров к контуру циркуляции и к трубопроводу холодной воды.
Наиболее близким к предлагаемому является водонагреватель проточно-накопительный бытовой, который содержит последовательно соединенные первую и вторую внутренние емкости, выполненные из нержавеющей стали, корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, теплоизолированные друг от друга, трубу подачи холодной воды с обратным предохранительным клапаном, выполненную с изгибом и рассекателем на конце трубы, трубу забора горячей воды, смонтированные на первом и втором фланцах четыре «сухих» нагревательных элемента и магниевые аноды, при этом два «сухих» нагревательных элемента, магниевый анод и капиллярный термовыключатель смонтированы на первом фланце, в нижней части первой внутренней емкости, а два других «сухих» нагревательных элемента с магниевым анодом и контактным термовыключателем - на втором фланце, в верхней части второй внутренней емкости, установленный на соединительной трубе электромагнитный клапан, трубу для полного слива воды, установленную в нижней части второй внутренней емкости, а на передней части корпуса расположена панель управления с электронным программатором (патент RU на полезную модель № 71735, 2008).
Известный водонагреватель имеет повышенные эксплуатационные возможности, выражающиеся в возможности использования как в проточном, так и в накопительном режимах. Вместе с тем, его эксплуатационные возможности нельзя определить как универсальные, поскольку он может быть установлен только вертикально. Кроме того, известный водонагреватель имеет сложную конструкцию и повышенное энергопотребление, обусловленное, в том числе, наличием нескольких нагревательных элементов.
Задача заявляемой полезной модели - расширение ассортимента эффективных электроводонагревателей накопительного типа.
Технический результат - расширение функциональных возможностей водонагревателя за счет обеспечения возможности его горизонтальной и вертикальной установки.
Поставленная задача решается тем, что заявляется накопительный, аккумуляционный водонагреватель, который содержит сообщенные друг с другом первый и второй баки для воды, размещенные в корпусе, последний снабжен торцевыми крышками, баки для воды снабжены штуцером забора горячей воды и штуцером подачи холодной воды, концевая часть которого имеет распределитель, нагревательный элемент с магниевым анодом, выполненный с возможностью подключения к электросети, при этом  нагревательный элемент размещен в одном баке для воды, на котором смонтирован штуцер подачи холодной воды, распределитель последнего выполнен с возможностью изменения направления входящего потока холодной воды, а в другом баке для воды смонтирован штуцер забора горячей воды, который имеет трубку, размещенную в полости бака для воды, вход и выход указанных штуцеров размещены в одной плоскости и разведены относительно друг друга к краям торцевой крышки, баки для воды сообщены друг с другом посредством патрубков, разнесенных относительно друг друга по продольной оси и размещенных на смежных боковых поверхностях баков для воды.
Корпус выполнен предпочтительно овальной формы. Баки для воды выполнены из стали одинаковых размеров предпочтительно цилиндрической формы и жестко зафиксированы внутри полости корпуса. Баки для воды выполнены теплоизолированными друг от друга. В качестве теплоизолятора используют предпочтительно полиуретановую пену, которая размещена во внутренней полости корпуса.
Распределитель на концевой части штуцера подачи холодной воды предпочтительно представлен в виде колпачка, который установлен непосредственно на входе в бак для воды и обеспечивает возможность изменения направления потока входящей холодной воды. Изменение направления обеспечивается предпочтительно разворотом входящего потока холодной воды в перпендикулярном направлении, т.е. перпендикулярно образующей поверхности бака для воды. Это  предотвращает направленное движение вверх потока поступающей холодной воды и препятствует смешиванию поступающего потока холодной воды с объемом горячей воды, находящейся в баке для воды.
Сообщение баков для воды друг с другом выполнено посредством прямых патрубков, которые представляют собой отводы, обеспечивающие герметичное соединение баков друг с другом. Дополнительно на смежных поверхностях баков установлены соединительные кольца, которые обеспечивают  точное позиционирование баков относительно друг друга. Указанные отводы разнесены друг от друга по длине образующей поверхности баков для воды, выполнены на смежных сторонах баков для воды на одинаковом уровне, обеспечивают возможность  циркуляции воды между ними и равномерный прогрев воды.
В баке для воды, к которому подведен штуцер подачи холодной воды, установлен нагревательный элемент. Для этих целей может быть использован любой известный нагревательный элемент, например контактирующий с водой напрямую, или нагревательный элемент, который помещен в капсулу из нержавеющей стали и напрямую с водой не контактируют («сухой» ТЭН). Нагревательный элемент может иметь оболочку из разных материалов, например из нержавеющей стали с покрытием и без, меди. Магниевый анод широко известен для целей использования в нагревателях различных видов, защищает бак для воды от коррозии.
Водонагреватель дополнительно содержит блок управления, выполненный с возможностью подключения к электросети, и панель управления.  Блок управления может быть представлен соединенными друг с другом электронной платой питания, электронной платой управления, защитным термостатом и шнуром питания с устройством защитного отключения. В качестве защитного термостата может быть любое известное устройство, которое отключает подачу электричества на внутреннюю цепь устройства при избыточном нагреве воды (свыше 95ºС). На электронной плате управления выполнены кнопочные и регулировочный переключатели для управления режимами работы водонагревателя и регулировки температуры нагрева воды. Электронная плата управления может иметь возможность подключения Wi-Fi коммутатора и управления водонагревателя удаленно через WEB страницу или программу на мобильном телефоне. Электронная плата питания преобразует из сетевого напряжения низковольтный постоянный ток, который необходим для работы электронной платы питания. На электронной плате питания смонтирована цепь с высокой токовой нагрузкой, при помощи реле высокий ток и напряжение подаются на нагревательный элемент. На внешней части расположена панель корпуса управления, на которую выведены элементы управления всех вышеуказанных устройств управления.
Корпус заявляемого устройства снабжен съемными торцевыми крышками, которые могут быть изготовлены из металла разных марок, в том числе крашенного или без покрытия. Рабочая торцевая крышка выполнена с возможностью размещения на ней  защитного термостата,  входа штуцера подачи холодной воды и штуцера забора горячей воды. Штуцер забора горячей воды имеет трубку, размещенную в полости  бака для воды. Указанная трубка обеспечивает возможность забора горячей воды из рабочего объема бака. Длина трубки штуцера забора горячей воды предпочтительно сопоставима с длиной образующей поверхности бака для воды, что обеспечивает возможность эффективного забора горячей воды со стороны, противоположной стороне рабочей торцевой крышки.
Штуцеры подачи холодной воды и забора горячей разведены по соответствующим бакам с водой. Вход штуцера подачи холодной воды и выход штуцера забора горячей воды размещены в одной плоскости, т.е. по краям рабочей торцевой крышки водонагревателя. Поскольку штуцер подачи холодной воды и штуцер забора горячей воды разведены по краям корпуса водонагревателя в одной плоскости, постольку это дает возможность обеспечить наполнение бака холодной водой снизу и забор горячей воды сверху сразу в двух положениях установки водонагревателя - вертикальном и горизонтальном.
Заявляемый водонагреватель может быть установлен как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, обеспечивая его использование по назначению.
Заявляемое устройство отличается от известного составом и взаимным расположением конструктивных элементов, а именно:
- размещение нагревательного элемента в  баке для воды, к которому подведен штуцер подачи холодной воды;
- выполнение распределителя с возможностью изменения направления потока входящей холодной воды;
- размещение в другом баке для воды штуцера забора горячей воды с  трубкой, размещенной в полости бака для воды;
- размещение входа  штуцера подачи холодной воды и выхода штуцера забора горячей воды  в одной плоскости и разведением их по краям торцевой крышки корпуса;
-  сообщение баков для воды друг с другом посредством патрубков, которые размещены на смежных боковых поверхностях баков для воды и разведены относительно друг друга.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна», поскольку заявляемая совокупность существенных признаков не известна из предшествующего уровня техники.
Заявляемая полезная модель может быть изготовлена из известных материалов, и использованием известных приемов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
на Фиг. 1 показан общий вид внутреннего устройства заявляемого водонагревателя;
на Фиг. 2 показана система управления и питания водонагревателя;
на Фиг. 3 показана схема движения воды в вертикальном положении водонагревателя;
на Фиг. 4 показана схема движения воды в горизонтальном положении водонагревателя;
на Фиг. 5 показан распределитель  потока холодной воды в виде колпачка;
на Фиг. 6 показан внешний вид водонагревателя.
Заявляемый водонагреватель состоит из корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали, который имеет овальную форму. В полости корпуса 1 зеркально закреплены баки для воды 2 и 3, выполненные из нержавеющей стали, полость корпуса 1 заполнена  теплоизолятором 4, например полиуретановой пеной. В полости бака для воды 2 размещены нагревательный элемент (ТЭН)  5 и магниевый анод 6 и подведен штуцер подачи холодной воды 7, на конце которого установлен распределитель потока холодной воды, выполненный в виде колпачка 8, который изменяет направление потока холодной воды, разворачивая его перпендикулярно входящему потоку. Нагревательный элемент 5 выполнен в виде двух параллельно соединенных трубчатых нагревателей, присоединенных к одному нейтральному проводу и смонтированных на общий герметичный фланец. Бак для воды 3 снабжен штуцером забора горячей воды 9 с трубкой, размещенной в полости бака для воды 3, длина которой соответствует длине образующей поверхности бака для воды 3. Баки для воды 2 и 3 сообщены друг с другом посредством двух прямых патрубков 10, выполненных, например, из труб диаметром Ø50 мм, и соединены посредством соединительных колец 11, которые размещены на смежных боковых поверхностях баков для воды 2 и 3. С торцов корпуса 1 размещены торцевые крышки 12 и 13. Вход штуцера подачи холодной воды 7 и выход штуцера забора горячей воды 9 расположены по краям торцевой крышки 13 корпуса 1. На торцевой крышке 13 размещен защитный термостат  14, электрически соединенный с нагревательным элементом 5, электронной платой питания 15, электронной платой управления 16, шнуром питания 17 с вилкой для подключения к электросети и с устройством защитного отключения 18 и панелью управления 19, размещенной на внешней стороне корпуса 1. Защитный термостат  14, электронная плата питания 15 и электронная плата управления 16 составляют блок управления. На внешней стороне корпуса 1 размещены элементы крепления 20 водонагревателя к вертикальной поверхности.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Собранный водонагреватель устанавливают в удобном месте в вертикальном или в горизонтальном положениях и включают в электросеть посредством шнура питания 17 с вилкой, которая подключается к розетке. Водонагреватель  подключают к водопроводу через штуцер подачи холодной воды 7, согласно схеме подключения, указанной в инструкции по эксплуатации. Нагревательный элемент (ТЭН) 5 нагревает воду в баке для воды 2 до температуры, заданной на панели управления 19, и отключается. Теплоизолятор 4 позволяет долгое время сохранять воду горячей в баках для воды 2 и 3. По мере остывания воды, водонагреватель автоматически включает нагревательный элемент (ТЭН) 5 и поддерживает температуру воды на заданном значении (значение устанавливается от 35°С до 75°С).
При вертикальной установке водонагревателя, поток холодной воды, поступающий в бак для воды 2 посредством колпачка 8, сначала распределяется на днище бака для воды 2, затем ее уровень в баке для воды 2 поднимается. Поступающая вода  нагревается за счет теплообменных процессов. Поскольку баки для воды 2 и 3 выполнены сообщающимися, постольку частично нагретая вода через нижний патрубок 10 перетекает в бак для воды 3, где вытесняет воду,  нагретую до заданной температуры и поступившую из бака для воды 2 через верхний патрубок 10.  При заполнении рабочих объемов баков для воды 2 и 3, в их верхней части находится горячая вода, которая переливается через верхний край трубки штуцера забора горячей воды 9 и отводится вниз через вывод в торцевой крышки 13.
При горизонтальной установке водонагревателя, поток холодной воды, поступающий в бак для воды 2 посредством колпачка 8, сначала распределяется в полости бака для воды 2 по линии его образующей поверхности, а затем уровень холодной воды поднимается и, проходя через зону нагревательного элемента (ТЭН) 5, вода  нагревается и через патрубки 10, сообщающие бак для воды 2 с баком для воды 3, поступает в бак для воды 3. Нагретая вода вытесняется из бака для воды 3 под действием давления поступающей холодной воды и через открытый конец трубки штуцера для забора горячей воды 9 поступает потребителю. Таким образом, при горизонтальной установке водонагревателя его рабочий объем используется полностью и температура горячей воды не снижается по мере ее расхода.
Заявляемый водонагреватель обеспечивает эффективную эксплуатацию как в горизонтальном, так и в вертикальном его размещении, обеспечивает расширение ассортимента  накопительных водонагревателей с высокой теплоотдачей с единицы поверхности теплообмена. Обеспечение универсальности установки водонагревателя ведет к сокращению производственных и логистических затрат, т.к. сокращает номенклатуру изделий, специально предназначенных для установки вертикально или горизонтально.