УСТРОЙСТВО, СОСТОЯЩЕЕ ИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫХ СЕКЦИЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ
DEVICE OF SEVERAL SUCCESSIVELY CONNECTED SECTIONS FOR ELECTRIC INSULATION OF PIPES

Настоящее изобретение относится к защитному устройству, применимому для предотвращения передачи опасных электрических разрядов первым участком системы металлических труб второму смежному участку, более точно, для предотвращения передачи таких электрических разрядов электрическим водонагревателем с тепловым аккумулятором или мгновенным нагревом деталям, к которым имеет доступ пользователь.
Известно, что в электрических водонагревателях с тепловым аккумулятором для нагрева используют погруженные в воду электрические сопротивления, преимущественно состоящие из наружной металлической оболочки, внутренней резистивной нити и слоя диэлектрического материала, расположенного между оболочкой и нитью.
При повреждении наружной оболочки вода, находящаяся в емкости, вступает в контакт с резистивной нитью, в результате чего вода, а также все контактирующие с ней проводящие детали оказываются под напряжением.
Если как при конструировании изделия, так и при изготовлении электрической установки соблюдены правила безопасности, такое повреждение оболочки не приводит к возникновению опасных ситуаций за счет того, что помимо использования распределительной коробки все металлические детали водонагревателя, а также электрическая установка имеют заземление.
Фактически часто случается, что электрическую установку по недосмотру не заземляют или, что еще хуже, в некоторых странах нейтральный и заземляющий провода трехфазной проводки совершенно случайным образом оказываются соединенными с выводами электрической розетки. В этом случае пользователь или монтажник может быть поражен электрическим током непосредственно через заземление водонагревателя, как только водонагреватель, даже если он не поврежден, подключат к электрической сети.
Конечно, для предотвращения такой ситуации существует очень простое средство: монтажник не должен подключать водонагреватель, если электрическая установка не отвечает требованиям, но в некоторых регионах или странах небезопасно полагаться на чувство ответственности монтажника.
В связи с этим, защиту от такого весьма серьезного риска обеспечивают двумя способами, в основу которых положены различающиеся принципы; первый из них является активным, а второй - пассивным.
В способе защиты активного типа используют электронные и электромеханические средства, и между электрической установкой водонагревателя и электрической розеткой помещают устройство, которое обнаруживает любые отклонения в электрической установке; в случае их обнаружения устройство препятствует электрическому соединению водонагревателя с электрической сетью.
Устройства данного типа не громоздки и преимущественно не меняют архитектуру водонагревателя, но их недостатком является возможность возникновения опасных ситуаций в случае их отказа.
С другой стороны, способ защиты пассивного типа обеспечивает полную электрическую изоляцию любой части водонагревателя, в контакт с которой может войти пользователь, и это делают двумя различными способами:
путем изоляции доступных металлических деталей: все обычно доступные металлические детали водонагревателя (например, корпус и стенные кронштейны) электрически изолируют от внутренних металлических деталей и воды,
путем изоляции водонагревателя от всех доступных пользователю труб с помощью пары приспособлений, далее именуемых водными изоляторами; водные изоляторы представляют собой устройства, расположенные между гидравлическими соединениями водонагревателя и соответствующими подающими и коллекторными трубами, за счет чего входящая и выходящая из водонагревателя вода протекает по каналу из электрически изолированного материала достаточной длины для предотвращения протекания токов опасной или в любом случае нежелательной величины через находящуюся внутри воду, несмотря на ее электрическую проводимость.
Водные изоляторы много лет используют во множестве электрических водонагревателей с мгновенным нагревом, в которых нагрев происходит посредством резистивных электрических нитей, непосредственно контактирующих с водой, но отсутствует передача тока за пределы водонагревателя по трубам, поскольку пути воды проходят выше и ниже по потоку электрических нитей, выполненных в виде спиралей в достаточно длинных каналах из пластика.
Используемый далее термин "путь воды" означает протяженность пути, который должен преодолеть электрический ток при заданном электрическом потенциале от первого проводящего элемента водонагревателя вдоль труб или каналов из изолирующего материала до второго проводящего элемента, отдельного от водонагревателя, и который прямо или косвенно доступен пользователю при различном потенциале (в частности, потенциале земли).
Минимальная протяженность пути воды, при которой предотвращаются опасные или нежелательные электрические разряды, пропорциональна удельной электрической проводимости воды, величина которой может сильно варьировать в различных географических районах или странах в зависимости от количества веществ, растворенных в воде.
В качестве примера приведем удельную электрическую проводимость, измеренную в некоторых географических точках.
Место
Удельная проводимость (µс/см)
Центральная Италия
790
Калькутта
3500
Шанхай
700
Куаннам (Вьетнам)
65
Хайфон (Вьетнам)
4890
По указанным причинам водные изоляторы в течение ряда лет применяются в развивающихся странах в качестве защитных устройств.
Известно несколько их технических решений, но во всех преимущественно используют участки пластиковых труб, расположенные между водонагревателем и водопроводной сетью.
В некоторых случаях, например, как это показано на чертежах патента CN 1358971, такие трубы расположены внутри емкости водонагревателя.
В других случаях трубы расположены снаружи емкости в виде спиралей из гибких труб или обмоток из жестких труб и колен, необязательно защищенных обтекателями.
Патентный документ ЕР 0574820 описывает непрерывный электрический водный нагреватель, предусмотренный наружными трубами на резервуаре. В частности, пары гибких проводников соединены в водном пути между входом холодной воды и секцией отопления, а также между указанной секцией отопления и входом горячей воды с тем, чтобы продлить путь воды и снизить риск электрических разрядов. Основные недостатки указанного решения состоят в том, что гибкие трубки являются внешними по отношению к резервуару, занимают пространство и приводят к повреждениям.
Недостатком конструкции с трубами внутри емкости является то, что протяженность пути воды предварительно задана при изготовлении, и необходимо учитывать наихудшие случаи или не принимать их во внимание, поскольку занимаемое трубами пространство слишком велико.
Другим серьезным недостатком является невозможность устранения каких-либо повреждений пластиковых труб, например вследствие случайного перегрева емкости.
Что касается конструкции с трубами снаружи емкости, недостатком известных решений помимо внешнего вида, несомненно, является занимаемое пространство.
Общей задачей настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное устранение упомянутых выше недостатков.
Конкретной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов компактной формы с целью максимального уменьшения их общего объема относительно получаемой протяженности пути воды.
Дополнительной конкретной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов, в которых протяженность пути воды может легко меняться в зависимости от удельной электрической проводимости воды.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов, обладающих эстетичным внешним видом.
Упомянутые задачи и дополнительные преимущества обеспечивает водный изолятор (1) для ограничения передачи тока через воду в трубах, в частности для электрической изоляции электрических водонагревателей (10) с тепловым аккумулятором или мгновенным нагревом от водовпускных и водовыпускных труб (1104), имеющий изготовленный из электроизоляционного материала канал (201, 601, 602, 801), в котором находится упомянутая вода, достаточной длины для обеспечения желаемого ограничения протекания тока между двумя концевыми первым и вторым соединениями (201, 801) упомянутого канала (201, 601, 602, 801) при различном электрическом потенциале. Он включает:
основной корпус (6) с множеством секций (601), прямолинейных и параллельных друг другу и главной оси корпуса (6),
первое соединение (201), соединенное с первым концом первой секции (601),
множество проходов (602), перпендикулярных упомянутым секциям (601), которые последовательно соединяют второй конец каждой секции (601) с первым концом соседней секции (601),
второе соединение (801), соединенное со вторым концом последней секции (601),
в результате чего при помощи зигзагообразных последовательных соединений упомянутых секций (601) друг с другом упомянутыми проходами (602) получают упомянутый канал (201, 601, 602, 801),
при этом упомянутые проходы (602) попеременно расположены на второй головке (604) и первой головке (603) упомянутого корпуса (6),
и имеет уплотняющие средства (3, 5, 7), предотвращающие утечку воды и обеспечивающие ее протекание только по каналу (201, 601, 602, 801).
При этом упомянутое первое соединение (201) непосредственно соединено с упомянутым первым концом упомянутой первой секции (601).
Упомянутое первое соединение (201) соединено с упомянутым первым концом упомянутой первой секции(601) и/или упомянутое второе соединение (801) соединено с упомянутым вторым концом последней секции (601) соединительным коленом (203).
Упомянутые уплотняющие средства (3, 5, 7) включают: соединитель-распределитель (2), на котором выполнено упомянутое первое соединение (201), оболочку (4) для посадки упомянутого соединителя-распределителя (2), первого плоского уплотнения (3), второго плоского уплотнения (5), упомянутой первой головки (603) упомянутого корпуса (6), первое плоское уплотнение (3), второе плоское уплотнение (5), при этом упомянутая оболочка (4) служит для посадки и центрирования упомянутого соединителя-распределителя (2), первого и второго плоских уплотнений (3, 5) и первой головки (603) упомянутого корпуса (6), и первую группу винтов (9), которыми упомянутый соединитель-распределитель (2), первое плоское уплотнение (3), оболочка (4), второе плоское уплотнение (5) и основной корпус (6) последовательно стянуты друг с другом, при этом упомянутые винты (9) вставляют в сквозные отверстия (202, 302, 401, 502) в упомянутых элементах (2, 3, 4, 5) и ввинчивают в резьбовые гнезда в первой головке (604) упомянутого корпуса (6). Упомянутые уплотняющие средства (3, 5, 7) дополнительно включают: соединитель (8), на котором выполнено упомянутое второе соединение (801), третье плоское уплотнение (7), вторую головку (604) упомянутого корпуса (6), при этом упомянутый соединитель (8) служит для посадки и центрирования упомянутого третьего плоского уплотнения (7) и второй головки (604), и вторую группы винтов (9), которыми упомянутый соединитель (8), третье плоское уплотнение (7) и вторая головка (604) упомянутого основного корпуса (6) последовательно стянуты друг с другом, при этом упомянутые винты (9) вставляют в сквозные отверстия (802, 702) в упомянутых элементах (8, 7) и ввинчивают в резьбовые гнезда (605) в упомянутой второй головке (604) упомянутого корпуса (6). В качестве упомянутых уплотняющих средств (3, 5, 7) используют герметизирующие мастики. В качестве упомянутых уплотняющих средств (3, 5, 7) используют сварные швы, полученные зеркальной или ультразвуковой сваркой. Число упомянутых секций (601) может быть нечетным, а упомянутые первое соединение (201) и второе соединение (801) расположены на противоположных концах водного изолятора (1). Число упомянутых секций (601) может быть четным, а упомянутые первое соединение (201) и второе соединение (801) расположены на одном конце водного изолятора (1). Ось, по меньшей мере, одного из соединений из числа упомянутых первого соединения (201) и второго соединения (801) перпендикулярна главной оси водного изолятора (1). Упомянутый корпус (6) изготавливают формованием в виде неразъемной детали. Упомянутый корпус (6) имеет три части (603, 604, 606):
первую и вторую головки (603, 604) с проходами (602) и гнездами для винтов (9), изготовленные формованием, и
промежуточный корпус (606), включающий только секции (601) и изготовленный экструдированием,
и тем, что упомянутые три части (603, 604, 606) соединены друг с другом зеркальной или ультразвуковой сваркой.
Предложен также двойной водный изолятор (11), который содержит два водных изолятора (1) по любому предшествующему пункту, при этом основной корпус (6) имеет двойные гидравлически раздельные комплекты секций (601), каждый из которых ведет к отдельной паре первых и вторых соединений (201) и (801).
Предложен также водонагреватель (10), в котором используют, по меньшей мере, один водный изолятор (1), охарактеризованный признаками, описанными выше.
На фиг.1 показан вид в перспективе водного изолятора согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения,
на фиг.2 показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей водного изолятора, проиллюстрированного на фиг.1,
на фиг.3 показан вид в разрезе водного изолятора, проиллюстрированного на фиг.1,
на фиг.4 показан дополнительный вид в разрезе водного изолятора, проиллюстрированного на фиг.1,
на фиг.5 показан схематический вид в разрезе водонагревателя согласно изобретению с двумя водными изоляторами, установленными на входе и выходе воды,
на фиг.6 показан схематический вид в разрезе водонагревателя согласно одному из вариантов осуществления изобретения с единым водным изолятором, установленным на входе и выходе воды.
Из краткого описания чертежей следует, что водный изолятор согласно изобретению имеет длинный канал, занимающий ограниченный объем за счет того, что он состоит из множества прямолинейных и параллельных друг другу секций (далее просто именуемых секциями), которые образуют компактную структуру и последовательно соединены друг с другом встык соответствующими перпендикулярными им проходами.
На фиг.1 показан первый конец, имеющий первое соединение 201 (в проиллюстрированном примере в виде наружной резьбы), и второй конец, имеющий второе соединение 801 (в проиллюстрированном примере в виде внутренней резьбы), для соединения с водонагревателем и/или трубами водного изолятора 1 согласно изобретению.
Как показано на фиг.2, 3 и 4, в предпочтительном варианте осуществления водный изолятор 1 включает соединитель-распределитель 2, первое плоское уплотнение 3 между соединителем-распределителем 2 и следующей оболочкой 4, второе плоское уплотнение 5 между упомянутой оболочкой 4 и первой головкой 603 следующего основного корпуса 6; третье плоское уплотнение 7 между второй головкой 604 упомянутого основного корпуса 6 и следующим соединителем 8.
Упомянутая оболочка 4 служит для посадки и центрирования в ней упомянутого соединителя-распределителя 2 первого плоского уплотнения 3 на первой стороне и упомянутого второго плоского уплотнения 5 и первой головки 603 на второй стороне.
В то же время упомянутый соединитель 8 служит для посадки и центрирования в нем третьего плоского уплотнения 7 и второй головки.
Соединитель-распределитель 2, первое плоское уплотнение 3, оболочка 4, второе плоское уплотнение 5 и основной корпус 6 стянуты друг с другом винтами 9 первой группы; упомянутые винты 9 вставляют в сквозные отверстия 202, 302, 401, 502 и ввинчивают в резьбовые гнезда (не показаны) в первой головке 603 корпуса 6.
Соединитель 8, третье плоское уплотнение 7 и основной корпус 6 аналогичным образом стянуты друг с другом винтами 9 второй группы, которые вставляют в сквозные отверстия 802 и 702 и  ввинчивают в резьбовые гнезда 605 во второй головке 604 корпуса 6.
Путь воды лучше виден на фиг.3 и 4.
Основной корпус 6 имеет множество секций 601, прямолинейных и параллельных друг другу и главной оси самого основного корпуса 6.
Начиная с первого соединения 201 на оси водного изолятора 1, воду с помощью соединительного колена 203 отклоняют в направлении первого конца первой секции 601, расположенной с отклонением от оси водного изолятора 1; затем второй конец упомянутой первой секции 601 соединяют с концом следующей секция 601 посредством прохода 602, перпендикулярного упомянутым секциям 601 и выполненного на второй головке 604 основного корпуса 6. Все остальные секции 601 таким же способом соединяют друг с другом встык проходами 602, попеременно выполненными на первой головке 603 и второй головке 604 корпуса 6.
Поскольку число упомянутых секции является нечетным, за счет зигзагообразной формы последовательных соединений упомянутых секций 601 друг с другом упомянутыми проходами 602 последняя секция 601 располагается по центру оси водного изолятора 1 и, таким образом, непосредственно ведет ко второму соединению 801, также соосному водному изолятору 1.
В любом случае ничто не мешает соединить второй конец последней секции и второе соединение 801 соединительным коленом, полностью аналогичным соединительному колену 203, и сместить упомянутую последнюю секцию 601 и/или упомянутое второе соединение 801 относительно оси водного изолятора 1.
Разумеется, для прохождения воды первое, второе и третье плоские уплотнения 3, 5 и 7 имеют соответствующую перфорацию в виде, соответственно, прорези 301, нецентрального отверстия 501 и центрального отверстия 701.
В проиллюстрированных на чертежах примерах водный изолятор 1 имеет 19 секций 601, за счет чего обеспечивается путь воды, преимущественно в 19 раз превышающий длину самого водного изолятора 1.
Согласно первому варианту осуществления изобретения все основные элементы водного изолятора 1, а именно соединитель-распределитель 2, оболочка 4, основной корпус 6 и соединитель 8 изготавливают формованием из термопластичных материалов, например полиамида, на 30-40% наполненного стекловолокном.
На фиг.3 и 4 видно, что секции 601 отделены друг от друга стенками различной толщины, что объясняется необходимыми углами уклона штампа для изготовления самих секций 601.
Как упомянуто выше, основной корпус 6 может быть полностью формованным, даже хотя для этого необходима пресс-форма, способная перемещаться как вдоль оси основного корпуса 6, так и перпендикулярной ей.
На фиг.5 показан водонагреватель 10 с тепловым аккумулятором, в котором для нагрева используют электрическое сопротивление 1001, а холодная вода поступает по трубе 1002 и выходит по трубе 1003. Оба наружных конца упомянутых труб 1002 и 1003 соединены с водопроводной сетью 1004 двумя водными изоляторами 1.
Разумеется, возможны несколько вариантов осуществления водного изолятора 1 помимо описанного предпочтительного варианта его осуществления. В качестве примера упомянем некоторые из них.
Вместо неразъемного формованного корпуса 6 может использоваться корпус 6, состоящий из трех деталей (как показано на фиг.4), а именно упомянутых первой головки 603 и второй головки 604 и промежуточного корпуса 606, границы между которыми обозначены пунктирными линиями S-S.
Если упомянутые первая и вторая головки 603 с 604 с проходами 602 и гнездами для винтов 9 по-прежнему изготавливают формованием, промежуточный корпус 606, включающий только прямолинейные секции 601, может быть изготовлен экструдированием.
Затем упомянутые три элемента (первая и вторая головки 603 и 604 и промежуточный корпус 606) могут быть сварены друг с другом известными способами, например зеркальной или ультразвуковой сваркой.
В таком варианте осуществления можно регулировать длину секции 601, то есть пути воды путем выбора необходимой длины промежуточного корпуса 606, исходя из типа используемой воды и уровня получаемого электрического сопротивления.
В другом варианте осуществления первое соединение 201 соединителя-распределителя 2 может быть соосно не водному изолятору 1, а первой секции 601, за счет чего исключается колено 203.
Гидравлическое уплотнение водного изолятора 1 обеспечивают плоские уплотнения 3, 5 и 7, стянутые с остальными элементами 2, 4, 6, 8 двумя группами винтов 9.
В качестве альтернативы, уплотнения между упомянутыми элементами 2, 4, 6, 8 могут быть обеспечены с помощью герметизирующих мастик или сварных соединений особой формы, сваренных известной из уровня техники зеркальной или ультразвуковой сваркой.
Основной корпус 6 может иметь четное число секций 601, в таком случае первое соединение 201 и второе соединение 801 находятся на одном конце водного изолятора 1.
Наконец, два водных изолятора 1, необходимых для изоляции электрического водонагревателя 10, могут быть объединены в единый двойной водный изолятор 11, имеющий основной корпус 6 с двойным гидравлически раздельным комплектом секций 601, каждый из которых ведет к отдельной паре первых и вторых соединений 201 и 801.
Такой водный изолятор 11 может иметь упомянутые первые и вторые соединения 201 и 801, перпендикулярные главной оси самого водного изолятора 1 и установленные на водонагревателе, главная ось которого проходит горизонтально, как это схематически показано на фиг.6, чтобы уменьшить пространство, занимаемое по вертикали.