ВСТРОЕННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ С ТЕПЛОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ
BUILT-IN HEATING UNIT OF WATER HEATER WITH HEAT ACCUMULATOR

Настоящее изобретение относится к дополнительному нагревательному элементу, способному повышать производительность водонагревателей, в частности водонагревателей с тепловым аккумулятором.
Таким образом, изобретение относится к нагреву электрическим током воды для коммунально-бытового водоснабжения, который в настоящее время осуществляют приборами двух типов: водонагревателями с тепловым аккумулятором и проточными водонагревателями, каждый из которых имеет свои конкретные преимущества и недостатки.
Преимуществом водонагревателей с тепловым аккумулятором является то, что они подают большие количества воды, нагретой до заданной температуры, и тем самым одновременно обеспечивают потребности в горячей воде множества потребителей и имеют относительно низкий расход энергии (например, 1200 ватт у наиболее популярных в Италии моделей).
Регулирование температуры воды, подаваемой этими приборами, очень легко осуществляется независимо от потока посредством термостатического смесителя или просто путем поворота рукояток кранов.
Тем не менее, их недостатком является то, что для пополнения запаса горячей воды в накопительном баке требуется много часов, и, кроме того, эти водонагреватели имеют высокие тепловые потери, несмотря на использование теплоизоляционного материала на стенках бака.
Преимуществом проточных водонагревателей является то, что они мгновенно подают воду потребителю желаемой температуры без ограничения ее количества путем нагрева воды только в случае ее необходимости.
Их недостатком является то, что они имеют достаточно высокий расход энергии даже при единовременном обеспечении потребностей одного потребителя.
Еще одним их недостатком является более сложное регулирование температуры более слабых потоков воды по сравнению с максимальными потоками, которое может достигаться только за счет быстрого регулирования тепловой мощности; у электрических проточных водонагревателей, мощность которых вполне может составлять около 10 киловатт или даже 20 киловатт в случае бытового водонагревателя, сложно обеспечивать включение-выключение электрического сопротивления без сопутствующих радиопомех или скачков мощности.
Поскольку водонагреватели этих типов и их упомянутые выше характеристики давно известны специалистам в данной области техники, нет нужды тратить дополнительно время на их подробное описание.
По существу, составляющими элементами электрического водонагревателя с тепловым аккумулятором являются бак и фланец, на котором установлены нагревательные элементы (обычно нагревательные элементы с защитной оболочкой), средство регулирования температуры накопленной воды (обычно термореле с одним или несколькими датчиками температуры), впускной и выпускной патрубки (соответственно, для впуска холодной воды из водопровода и подачи горячей воды потребителю) и необходимые средства безопасности и защиты от коррозии (такие как магниевый анод или электрод для катодной защиты).
Холодная вода поступает в бак через впускной патрубок на дне водонагревателя, а нагретая накопленная вода отбирается через выпускной патрубок в верхней части бака.
С годами предпринимались попытки преодолеть наиболее распространенные недостатки известных водонагревателей с тепловым аккумулятором, один из которых состоит в потере тепла из-за большого перепада температур в баке. По существу, при одинаковых средних температурах и аккумулированной теплоте, чем больше перепад температур, тем больше потери тепла и расход энергии.
С целью обеспечения более равномерной температуры внутри водонагревателя воду обычно нагревают в нижней части бака, для чего уменьшают высоту сопротивлений путем их сгибания вдвое. Эта задача решена в патентной заявке Италии AN2004A000009, в которой помимо устранения неудобств смешивания обеспечивается повышение средней температуры и качества воды, которая может подаваться для использования нагретой до нужной температуры.
Разумеется, что одним из очевидных способов ограничить тепловые потери является поддержание максимально низкой температуры накопленной воды и ее нагрев только по мере необходимости, но еще одним недостатком, присущим водонагревателям этого типа с нагревательными элементами с защитной оболочкой, является сложность окончательного нагрева воды в момент ее отбора. Этот недостаток был частично устранен в изобретениях, на которые в Италии были выданы два патента, правообладателем которых является заявитель настоящей заявки.
В патенте Италии 1315636 описано, в том числе, выполненное на выпускном патрубке печатное электрическое сопротивление, которое служит для дополнительного нагрева подаваемой воды по мере того, как она требуется потребителю. Недостатком этого изобретения является то, что на стадии отбора воды не все тепло, генерированное печатным электрическим сопротивлением, отдается подаваемой воде, а часть тепла также отдается остающейся в баке воде.
В патенте Италии 1345037 также описан установленный снаружи бака вспомогательный комплект, который служит для последующего нагрева и рассчитан на повышение температуры воды, подаваемой потребителю в момент ее отбора. Недостатком этого решения является увеличение стоимости в связи с приобретением и установкой вспомогательного комплекта.
В основу настоящего изобретения положена задача преодолеть по меньшей мере часть описанных выше сложностей, чтобы создать устройство, в котором могут сочетаться преимущества водонагревателей с тепловым аккумулятором и проточных водонагревателей и одновременно ослаблены соответствующие недостатки.
В частности, задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего снизить температуру воды в водонагревателе с тепловым аккумулятором и тем самым уменьшить тепловые потери, чтобы обеспечить такую же производительность, как у традиционного водонагревателя с тепловым аккумулятором, подающего нагретую до желаемой температуры воду, только когда она действительно требуется.
Решение этих и других задач, которые станут ясны позднее, достигается за счет расположенного внутри бака дополнительного нагревательного устройства по п.1.
Сущность изобретения в том, что дополнительное нагревательное устройство (8) для нагрева воды в баке (1) водонагревателя с тепловым аккумулятором, рассчитанное на размещение внутри упомянутого бака, которое включается при каждом акте потребления воды и нагревает только воду только внутри указанного дополнительного устройства содержит: камеру (8а), впускной патрубок (6; 6с), ведущий в упомянутую камеру (8а), выпускной патрубок (7; 7b), выходящий из упомянутой камеры (8а), электрическое сопротивление (9), помещающееся внутри упомянутой камеры (8а) и регулируемое датчиком (10) расхода в то время, когда необходима вода.
Кроме того, в дополнительном нагревательном устройстве (8) упомянутый впускной патрубок (6) имеет нижний участок (6с), выходной конец (6а) которого обращен в сторону дна упомянутой камеры (8а), и упомянутый выпускной патрубок (7) имеет верхний участок (6с), выходной конец (7а) которого обращен в сторону верха упомянутой камеры (8а).
Дополнительное нагревательное устройство (8) по п.1 может быть объединено с фланцем (2) водонагревателя с тепловым аккумулятором.
Упомянутое электрическое сопротивление (9) может иметь форму змеевика, окружающего упомянутый нижний участок (6с) упомянутого впускного патрубка (6) и упомянутый верхний участок (7b) упомянутого выпускного патрубка (7).
Дополнительное нагревательное устройство (8) может иметь устройства регулирования мощности упомянутого электрического сопротивления (9), которые связаны с датчиком (10) расхода и способны доводить температуру используемой воды до заданного значения.
В дополнительном нагревательном устройстве (8) используется предохранительное устройство тепловой защиты, чтобы держать под контролем температуру электрического сопротивления (9).
Вторым объектом изобретения является водонагреватель с тепловым аккумулятором, содержащий накопительный бак (1), нагревательные устройства (4) для нагрева накопленной воды в упомянутом баке (1), устройство (3) регулирования температуры воды, накопленной в упомянутом баке (1), впускной патрубок (5) для холодной воды, выходной конец которого расположен в нижней части упомянутого бака (1), выпускной патрубок (6, 7) для горячей воды, подаваемой потребителю. Водонагреватель имеет дополнительное нагревательное устройство (8).
Датчик (10) расхода для приведения в действие электрического сопротивления (9) упомянутого дополнительного нагревательного устройства (8) также одновременно способен посредством переключателя выключать нагревательные устройства (4) для нагрева накопленной воды.
Настоящее изобретение поясняется следующими иллюстрациями:
на фиг.1 показан вид в поперечном сечении бака водонагревателя с тепловым аккумулятором, имеющим дополнительное нагревательное устройство согласно изобретению,
на фиг.2 показан вид в перспективе фланца водонагревателя с тепловым аккумулятором, в котором установлено дополнительное нагревательное устройство согласно изобретению,
на фиг.3 показан вид в поперечном сечении дополнительного нагревательного устройства согласно изобретению.
Далее будут описаны особенности изобретения с использованием приведенных на чертежах цифровых позиций.
Как показано на фиг.1, позицией 1 обозначен бак электрического водонагревателя с тепловым аккумулятором, снабженный фланцем 2, который закрывает нижнее отверстие в упомянутом баке 1.
На фланец 2 опирается оболочка 3а термореле 3, служащего для регулирования нагрева воды в баке 1. Термореле 3 может представлять собой устройство стрежневого типа, как это показано на прилагаемых чертежах. В качестве альтернативы, регулирование температуры воды в баке 1 может осуществляться с помощью электромеханического терморегулятора или электронного регулятора любого известного типа.
Позицией 4 обозначено электрическое сопротивление для нагрева воды в баке 1. Холодная вода поступает в нижнюю часть бака 1 по первому впускному патрубку 5 для холодной воды, выходной конец которого соответствует дну бака 1, а отбор воды осуществляется вблизи верха бака 1 посредством второго патрубка 6, входной конец которого расположен на верхней части бака 1.
Второй патрубок 6 проходит преимущественно параллельно стенкам бака 1 и заканчивается нижним концом 6d для питания дополнительного нагревательного устройства 8, расположенного внутри водонагревателя. Таким образом, второй патрубок выполняет функцию подводки для этого дополнительного нагревательного устройства 8, которое имеет камеру 8а, предпочтительно удлиненной формы.
Второй патрубок 6 имеет участок 6с нижнего конца, пересекающий большую часть камеры 8 а и заканчивающийся выходным концом 6d, обращенным в сторону нижнего конца камеры 8а.
В проиллюстрированном варианте осуществления камера 8а расположена внутри резервуара 8b, который на практике представляет собой оболочку дополнительного нагревательного устройства 8.
Отбираемая из камеры 8а вода поступает по третьему патрубку 7, который имеет начальный верхний участок 7b, пересекающий большую часть камеры 8а, и входной конец 7а, обращенный в сторону верхней части камеры 8а. Третий патрубок 7 выполняет функцию подводки для камеры 8а.
Внутри камеры 8а также находится электрическое сопротивление 9, предпочтительно в форме змеевика или спирали, которое нагревает воду, проходящую через камеру 8а. Электрическое сопротивление 9 приводится в действие в момент отбора воды датчиком 10 расхода.
Выходной конец 6d второго патрубка 6 и входной конец 7а третьего патрубка 7 расположены таким образом, чтобы максимально увеличивать время нахождения воды в камере 8а и соответствующий нагрев воды электрическим сопротивлением 9.
Таким образом, вода, которую по мере необходимости отбирает потребитель, должна пройти через камеру 8а, которая в свою очередь сообщается с баком 1 только посредством патрубка бис внешней средой только посредством третьего патрубка 7.
В результате, водонагреватель с тепловым аккумулятором согласно изобретению полностью идентичен снаружи другим существующим и известным водонагревателям с тепловым аккумулятором; в частности, на впускном и выпускном патрубках могут использоваться такие же гидравлические соединения, находящиеся в тех же самых обычных положениях.
В проиллюстрированных на чертежах примерах камера 8а предложенного в изобретении дополнительного нагревательного устройства 8 представляет собой полость оболочки, образованной резервуаром 8b, который опирается на фланец 2, служащий нижней поверхностью.
Резервуар 8b приварен ко второму патрубку 6 или соединен с ним другим способом.
Третий патрубок 7 имеет участок 7с, расположенный снаружи водонагревателя, и участок 7b, расположенный внутри камеры 8а, который заканчивается верхним отверстием 7а, расположенным в верхней части камеры 8а.
Таким образом, в проиллюстрированном варианте осуществления доставляемая потребителю вода сначала проходит от низа до верха упомянутой камеры 8а через электрическое сопротивление 9, которое в данном случае имеет форму змеевика, окружающего нижний участок 6с второго патрубка 6 и упомянутый внутренний участок 7b третьего патрубка 7.
За счет дополнительного нагревательного устройства 8 можно поддерживать более низкую температуру воды в баке 1, чем это желательно потребителю, поскольку дополнительное нагревательное устройство 8 осуществляет нагрев воды до температуры использования только по мере необходимости.
С этой целью приведение в действие имеющего форму змеевика электрического сопротивления 9 дополнительного нагревательного устройства 8 регулируется датчиком расхода, таким как реле расхода или реле давления по мере отбора воды. Обозначенный позицией 10 датчик расхода помимо приведения в действие имеющего форму змеевика электрического сопротивления 9 дополнительного нагревательного устройства 8 также способен одновременно выключать сопротивление 4 бака путем воздействия на переключатель, не показанный на чертежах, во избежание чрезмерного расхода энергии.
Одним из преимуществ дополнительного нагревательного устройства 8 является то, что оно позволяет создавать водонагреватель с тепловым аккумулятором, в котором обычное электрическое сопротивление 4 осуществляет предварительный нагрев воды в баке 1 до технической температуры, более низкой, чем температура, необходимая потребителю, а температура использования достигается только во время подачи, когда дополнительное нагревательное устройство 8 обеспечивает дополнительный нагрев. В результате, ограничивается расход энергии, и уменьшаются тепловые потери внутри бака за счет поддержания более низкой температуры воды в баке на одном уровне с температурой подаваемой воды. Например, если потребитель желает, чтобы температура подаваемой воды составляла 40°С, а вода в баке была нагрета только до 35°С, тепловые потери на охлаждение до комнатной температуры 20°С уменьшатся на 25%.
По той же причине мощность, необходимая для повышения температуры воды в раковине с 35°С до 40°С, составляет приблизительно 2 киловатта.
Кроме того, при более низкой технической температуре воды в баке 1 медленнее накапливается осадок; в тоже время, внутри дополнительного нагревательного устройства 8, в котором температура воды никогда не превышает 55°С, вероятность накопления осадка является довольно низкой.
Для специалистов в данной области техники ясно, что в заявленное в изобретении устройство может быть внесен ряд изменений, не выходящих за пределы идей изобретения, а при практической реализации изобретения различные описанные выше компоненты могут быть заменены технически эквивалентными элементами.
Например, хотя в описании всегда идет речь об электрическом водонагревателе с тепловым аккумулятором, ничто не мешает применить идеи изобретения к газовому водонагревателю с тепловым аккумулятором, в котором средством нагрева воды является газовая горелка, а не одно или несколько электрических сопротивлений.
Аналогичным образом, также ясно, что резервуар 8b может быть изготовлен из любого материала, способного действовать как оболочка дополнительного нагревательного устройства 8, такого как металл, пластик, пеноматериал или изоляционный материал.
В одной из разновидностей изобретения также может быть предусмотрена возможность использования предохранительного устройства тепловой защиты, чтобы держать под контролем температуру имеющего форму змеевика электрического сопротивления 9 дополнительного нагревательного устройства 8 во избежание достижения избыточных температур, способных приводить к кипению воды и сопутствующему шуму.
Кроме того, с датчиком 10 расхода также могут быть связаны не показанные на чертежах устройства, которые одновременно с отбором воды также регулируют известными средствами мощность сопротивления 9 с целью регулирования температуры и доведения температуры подаваемой воды до заданной температуры использования. Поскольку электрическая мощность сопротивления 9 составляет приблизительно 20% мощности проточного водонагревателя с такой же производительностью, ее можно без труда регулировать.