Термосифонный электроводонагреватель с накопительной емкостью
THERMOSIPHON ELECTRIC WATER HEATER WITH ACCUMULATION TANK

Область техники к которой относится изобретение
Изобретение относится к области горячего водоснабжения и может быть использовано на жилых, общественных и производственных объектах для подготовки и подачи воды необходимой температуры в различные точки потребления.
Уровень техники
Известна конструкция термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью, содержащего декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, установленный внутри корпуса накопительного бака вертикально с возможностью обеспечения свободной циркуляции потока воды через входную и выходную полости термосифонный патрубок с теплоизолированными стенками, нагревательный элементе защитным термореле, рабочие части которых имеют общее крепежное основание и встроены во входную полость термосифонного патрубка через монтажное отверстие на нижнем основании корпуса накопительного бака с помощью монтажно-запорного устройства, два и более датчика температуры воды, встроенные в корпус накопительного бака на заданных уровнях, терморегуляторы, подключенные последовательной электрической цепью к соответствующим датчикам температуры воды, нагревательному элементу и блоку управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака (см. А.С. СССР №1110998, МПК F24H 1/20, 1984 г.).
Недостатком известного термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью является низкая надежность работы, связанная с перегревом трубчатого нагревательного элемента и относительно быстрым выходом его из строя из-за замедления скорости циркуляции воды через внутреннюю полость термосифонного патрубка с заданным гидравлическим сопротивлением по мере увеличения объема нагретой воды в полости накопительного бака, а также в связи с ускоренным накоплением накипи у основания рабочей части нагревательного элемента, при заданных эффективных параметрах термосифонного патрубка.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью, содержащего декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, установленный внутри корпуса накопительного бака вертикально с возможностью обеспечения свободной циркуляции потока воды через входную и выходную полости термосифонный патрубок с теплоизолированными стенками, нагревательный элемент с защитным термореле, рабочие части которых имеют общее крепежное основание и встроены во входную полость термосифонного патрубка через монтажное отверстие на нижнем основании корпуса накопительного бака с помощью монтажно-запорного устройства, два и более датчика температуры воды, встроенные в корпус накопительного бака на заданных уровнях, терморегуляторы, подключенные последовательной электрической цепью к соответствующим датчикам температуры воды, защитному термореле, нагревательному элементу и блоку управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака (см. Патент RU 2659686, МПК F24H 1/00, 2018 г).
Недостатком данного термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью является также необходимость учета уменьшения скорости циркуляции воды через внутреннюю полость термосифонного патрубка по мере увеличения объема нагретой воды в полости накопительного бака при расчете параметров термосифонного патрубка в ущерб эффективности его работы.
Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик и повышение экономичности работы.
Раскрытие сущности изобретения
Поставленная цель достигается тем, что в термосифонном электроводонагревателе с накопительной емкостью, содержащем декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, установленный внутри корпуса накопительного бака вертикально с возможностью обеспечения свободной циркуляции потока воды через входную и выходную полости термосифонный патрубок с теплоизолированными стенками, нагревательный элемент с защитным термореле, рабочие части которых имеют общее крепежное основание и встроены во входную полость термосифонного патрубка через монтажное отверстие на нижнем основании корпуса накопительного бака с помощью монтажно-запорного устройства, два и более датчика температуры воды, встроенные в корпус накопительного бака на заданных уровнях, терморегуляторы, подключенные последовательной электрической цепью к соответствующим датчикам температуры воды, защитному термореле, нагревательному элементу и блоку управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака, накопительный бак снабжен дроссельным механизмом регулирования расхода циркуляционного потока воды через термосифонный патрубок, включающим, по меньшей мере, выдвижной либо поворотный дроссель частичного перекрытия полости термосифонного патрубка на заданном створе его поперечного сечения, в том числе, совмещенный с крепежным основанием нагревательного элемента и термореле, либо механизм выдвижения термосифонного патрубка вдоль своей оси по направляющему элементу, и имеющим электромеханический либо электромагнитный привод, установленный, предпочтительно, с наружной стороны корпуса накопительного бака напротив выходной полости термосифонного патрубка, и подключенный к блоку управления.
Краткое описание чертежей
Предлагаемое изобретение поясняется следующими схематическими изображениями.
На фиг. 1 показана принципиальная схема термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью с дроссельным механизмом регулирования циркуляционного потока воды на выходной полости термосифонного патрубка.
На фиг. 2 показана принципиальная схема термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью с дроссельным механизмом регулирования циркуляционного потока воды на серединном створе полости термосифонного патрубка.
На фиг. 3 показана принципиальная схема термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью с дроссельным механизмом регулирования циркуляционного потока воды за счет выдвижения термосифонного патрубка вдоль своей оси.
Термосифонный электроводонагреватель с накопительной емкостью содержит декоративный кожух (не показан) и полый накопительный бак 1 с теплоизолированным снаружи корпусом 2, блок управления (не показан), установленный внутри корпуса 2 накопительного бака 1 вертикально с возможностью обеспечения свободной циркуляции потока воды через входную За и выходную 36 полости термосифонный патрубок 3 с теплоизолированными стенками Зв, нагревательный элемент 4 с защитным термореле 5, рабочие части, соответственно, 4а и 5а которых имеют общее крепежное основание 6 и встроены во входную полость За термосифонного патрубка 3 через монтажное отверстие (не показано) на нижнем основании корпуса 2 накопительного бака 1 с помощью монтажно-запорного устройства 7, два датчика 8 и 9 температуры воды, встроенные в корпус 2 накопительного бака 1 на заданных уровнях, терморегуляторы (не показаны), подключенные последовательной электрической цепью к соответствующим датчикам 8 и 9 температуры воды, защитному термореле 5, нагревательному элементу 4 и блоку управления, патрубки 10 и 11, соответственно, подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака 1.
Накопительный бак 1 снабжен дроссельным механизмом (не показан) регулирования расхода циркуляционного потока воды через термосифонный патрубок 3, включающим, по меньшей мере, выдвижной либо поворотный дроссель 12 частичного перекрытия полости термосифонного патрубка 3 на заданном створе его поперечного сечения (см. Фиг. 1 и Фиг. 2), в том числе, совмещенный с крепежным основанием б нагревательного элемента 4 и термореле 5 (см. Фиг. 3), либо механизм выдвижения термосифонного патрубка 3 вдоль своей оси по направляющему элементу 13 (см. Фиг. 3), и имеющим электромеханический либо электромагнитный привод (не показаны), установленный, предпочтительно, с наружной стороны корпуса 2 накопительного бака 1 напротив выходной полости 36 термосифонного патрубка 3, и подключенный к блоку управления.
Электромеханический и электромагнитный приводы могут включать в общем случае, соответственно, электродвигатель с редуктором (или без него) либо электромагнит (не показаны), выдвижной или поворотный шток (шпиндель) 14 с направляющими элементами 15, магнитную либо механическую систему передачи управляющего воздействия через корпус 2 накопительного бака 1, включающую, соответственно, постоянные магниты (не показаны) либо цилиндрическую гофрированную или круглую эластичную диафрагму (не показаны), закрепленную соосно к штоку 14, а по наружному периметру основания (не показан) - к корпусу 2 (в котором выполняется соответствующее круглое отверстие) накопительного бака 1, на свободном конце которого смонтирован дроссель 12.
Очевидно, электродвигатель с редуктором или электромагнит предпочтительно устанавливать снаружи корпуса 2 накопительного бака 1 или внутри шахты (не показана), гидравлически изолированной от полости последнего.
При этом изоляция электроприводных устройств от прямого контакта с водой, находящейся во внутренней полости накопительного бака 1, может быть обеспечена не только с использованием вышеупомянутых диафрагм, но и с помощью соответствующих сальниковых систем, а направляющие элементы 15 могут быть закреплены к корпусу 2 накопительного бака и с наружной его стороны.
Между тем в схеме, приведенной на Фиг. 3, термосифонный патрубок 3 может быть снабжен устройством 16 жесткой либо гибкой его сцепки к свободному концу выдвижного штока 14.
Осуществление изобретения
Предлагаемый термосифонный электроводонагреватель с накопительной емкостью работает следующим образом.
Первичное заполнение накопительного бака 1 водой осуществляется подачей холодной воды через патрубок 10 и отводом воздуха из его внутренней полости через специальный клапан (не показан), вмонтированный в верхней части корпуса 2 накопительного бака 1, или (и) через патрубок 11 отбора нагретой воды аналогично процессу заполнения накопительных баков обычных бытовых водонагревателей, после чего с помощью соответствующих терморегуляторов задаются уставки требуемой рабочей температуры нагрева накопленной воды в накопительном баке 1 на заданных уровнях (уставки температуры разрыва электрической цепи нагревательного элемента 4), что означает перевод электрического водонагревателя с накопительной емкостью в состояние готовности к работе.
При этом накопительный бак 1 остается в постоянно заполненном состоянии в течение всего времени эксплуатации за исключением случаев консервации работы или проведения определенных ремонтно-профилактических работ.
На момент первичного включения термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью дроссель 12 обеспечивает максимальное частичное перекрытие соответствующей полости термосифонного патрубка 3, характеризующееся максимальным его гидравлическим сопротивлением.
При включении термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью через соответствующий терморегулятор подается напряжение питания к нагревательному элементу 4.
При этом вся внутренняя полость термосифонного патрубка 3 заполняется нагретой водой и благодаря возникшему дисбалансу весов столбов нагретой воды внутри термосифонного патрубка 3 и пока еще холодной воды в полости самого накопительного бака 1 создается гидростатический напор, обеспечивающий циркуляцию воды между полостями термосифонного патрубка 3 и накопительного бака 1.
При этом нагретая вода начиная с верхней области внутренней полости накопительного бака 1 постепенно заполняет все большие объемы пространства полости последнего вследствие чего уменьшается вышеупомянутый гидростатический напор, и, соответственно, скорость циркуляционного потока воды через полость термосифонного патрубка 3.
По истечению некоторого времени нагревательный элемент 4 доводит температуру воды в накопительном баке 1 на уровне установки датчика 8 до заданного значения, после чего через соответствующий терморегулятор, приводится в действие привод дросселя 12, который приоткрывает дроссель 12 с соответствующим уменьшением его гидравлического сопротивления, что приводит к увеличению скорости циркуляционного потока воды через полость термосифонного патрубка 3.
По мере дальнейшего нагрева воды в полости накопительного бака 1 нагревательным элементом 4 скорость циркуляционного потока воды через термосифонный патрубок 3 опять постепенно снижается.
Как только уровень нагретой воды в накопительном баке 1 достигает отметки установки нижнего датчика 9 температуры воды через соответствующий терморегулятор выключается нагревательный элемент 4 и приводится в действие вновь привод дросселя 12, который открывает дроссель 12 полностью.
Термосифонный электроводонагреватель переходит в ждущий («дежурный») режим поддерживания температуры воды в накопительном баке 1 на заданном уровне с помощью нагревательного элемента 4 и соответствующего терморегулятора, который при некотором понижении температуры воды в накопительном баке 1 на уровне датчика 9 температуры воды за счет теплоотдачи его корпуса 2 в окружающую среду вновь включает нагревательный элемент 4 в работу.
При этом автоматическое включение и выключение нагревательного элемента 4 с использованием соответствующего терморегулятора и датчика 9 температуры воды осуществляется до момента начала отбора нагретой воды.
При отборе нагретой воды через патрубок 11 холодная вода через патрубок 10 поступает в нижнюю область внутренней полости накопительного бака 1, вытесняя при этом нагретую воду через патрубок 11 отбора нагретой воды.
Как только уровень холодной воды в накопительном баке 1 покроет уровень установки датчика 9 температуры воды, соответствующий терморегулятор включает нагревательный элемент 4, который, прогревая столб воды в термосифонном патрубке 3, вновь создает циркуляционный поток воды в его внутренней полости, и термосифонный электроводонагреватель с накопительной емкостью переходит в рабочий режим нагрева воды одновременно с процессом ее отбора.
При этом если отбор нагретой воды осуществляется в относительно в малом количестве, то большая часть (или практически весь объем) холодной воды поступающей в накопительный бак 1 через патрубок 10 прогреваясь в термосифонном патрубке 3 выходит в верхнюю область накопительного бака 1, где перемешиваясь с имеющейся предварительно нагретой водой поступает к потребителю через патрубок 11 отбора нагретой воды.
Если же отбор нагретой воды через патрубок 11 происходит достаточно интенсивно, то относительно большая часть поступающей через патрубок 10 холодной воды остается в нижней части накопительного бака 1, что способствует повышению уровня холодной воды в накопительном баке 1 и вытеснению из него нагретой воды через патрубок 11 отбора нагретой воды.
При достижении уровня холодной воды в полости накопительного бака 1 отметки установки датчика 8 температуры воды с помощью соответствующего терморегулятора,  приводится в действие привод дросселя 12, который частично закрывает последний (до первоначального положения), тем самым увеличивая его гидравлическое сопротивление и соответственно уменьшая скорость циркуляционного потока через внутреннюю полость термосифонного патрубка 3.
Если отбор нагретой воды продолжает осуществляться интенсивно и иссякает весь объем накопленной нагретой воды, то электрический водонагреватель с накопительной емкостью продолжает выдавать потребителю нагретую воду с несколько меньшей температурой, величина которой зависит от интенсивности отбора воды, гидравлического сопротивления канала циркуляционного потока и мощности нагревательного элемента 4.
Если же уменьшилась интенсивность водопотребления или прекратился отбор воды через патрубок 11 вообще, то электрический водонагреватель с накопительной емкостью, соответственно, продолжая выдавать потребителю ограниченное количество воды необходимой температуры или без такового, прогревает воду в накопительном баке 1 согласно вышеописанному порядку.
При этом термореле 5 используются лишь для аварийного защитного отключения нагревательного элемента 4, так как уставка температуры разрыва электрической цепи последнего выставляется на большее значение, чем на терморегуляторах, подключенных к датчикам 8 и 9 температуры воды, на которых задаются уставки температуры разрыва электрической цепи нагревательного элемента 4 исходя из необходимой рабочей температуры воды в накопительном баке 1.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит сократить время подготовки нагретой воды во внутренней полости накопительного бака 1 не допуская при этом закипания воды в полости термосифонного патрубка 3.
Между тем при использовании в предлагаемых конструкциях термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью датчиков температуры с аналоговым выходом возможно применение и электронных аналогов механических терморегуляторов.
Кроме того, при увеличении количества датчиков температуры воды, установленных на различных отметках полости накопительного бака 1, и подключенных к соответствующим терморегуляторам, возможно функционирование соответствующего дроссельного механизма по принципу следящей системы, и более эффективная работа предложенных вариантов конструкций термосифонного электроводонагревателя с накопительной емкостью.
Отсутствие в технической и патентной литературе сведений по использованию заявленной конструкции электрического водонагревателя с накопительной емкостью в целях достижения описанного эффекта и технического результата показывает новизну взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и его положительным эффектом.
Это обеспечивает существенное отличие данного изобретения от всех известных конструкций электроводонагревателей с накопительной емкостью.