УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ПЕРЕГОРОДКА ДЛЯ ВПУСКА ХОЛОДНОЙ ВОДЫ В ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ С ТЕПЛОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ

Настоящее техническое решение относится к усовершенствованной перегородке для воды, поступающей в водонагреватель с тепловым аккумулятором, с целью увеличения количества воды, которая может подаваться при рабочей температуре, и сведения к минимуму так называемого "перемешивания".
Таким образом, техническое решение относится к водонагревателям с тепловым аккумулятором, новейшие модели которых оснащены соответствующими перегородками для направления потока холодной воды, поступающей в бак, как можно более по горизонтали, чтобы ослабить отрицательные последствия перемешивания.
В действительности, известно, что перемешивание отрицательно сказывается на эффективности использования энергии прибором с точки зрения количества воды, которая может подаваться нагретой до температуры использования, поскольку холодная вода на впуске перемешивается с уже присутствующей в нагревателе водой, вызывая падение температуры до уровня ниже минимальной температуры использования, по меньшей мере, в части нагревателя, в результате чего увеличивается время ожидания дальнейшего нагрева воды.
Перегородки, установленные на одном конце впускной трубы для холодной воды, позволяют достигать преимущественного расслоения холодной воды с ограничением ее перемешивания с горячей водой и предотвращением возникновения турбулентных течений.
Примерами некоторых известных из уровня техники перегородок служат патенты US 6510819, US 2123809 и CN 2828656, в которых описаны перегородки различных форм (колпака, зонта, керамической трубы или полусферического колпака), которые могут устанавливаться поверх впускной трубы и способны ослаблять отрицательные последствия перемешивания.
В других решениях перегородки устанавливают непосредственно на впускной трубе для холодной воды с целью формирования отверстий круглой или эллиптической формы, через которые вода течет преимущественно в горизонтальном направлении: примеры перегородок такого типа описаны в документах US 2008/0302315 и CN 201331184.
В патенте GB 2482563 описана перегородка другого типа, представляющая собой закрытый трубчатый вкладыш, в верхней части и стенках которого выполнено множество горизонтальных отверстий, также имеющих целью обеспечение потока впускаемой воды преимущественно в радиальном направлении.
Перегородки упомянутых выше типов являются достаточно удовлетворительными решениями для ослабления отрицательных последствий перемешивания, тем не менее, они не свободны от недостатков, таких как закупоривание накипью отверстий более сложной геометрии или механический износ вследствие высокого давления воды, поступающей в бак.
В основу настоящего решения положена задача преодоления недостатков такого рода за счет создания перегородки, способной дополнительно ослаблять перемешивание за счет горизонтального потока холодной воды, поступающей в бак.
Другой задачей настоящего решения является создание перегородки, установка и обслуживание которой может осуществляться проще и быстрее, чем известных из уровня техники перегородок, без необходимости выполнения сложных и обременительных операций в водонагревателе с тепловым аккумулятором, в котором она применяется.
Решение этих и других задач, которые станут ясны далее, достигается за счет перегородки по п. 1.
Решение других задач также может достигаться за счет дополнительных признаков зависимых пунктов.
Дополнительные признаки настоящего решения станут более ясными из следующего далее описания предпочтительного варианта его осуществления, охарактеризованного в формуле и проиллюстрированного в качестве неограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг. 1 показан перспективный вид сбоку перегородки согласно решению;
на фиг. 2 показан фронтальный вид в разрезе участка перегородки согласно решению;
на фиг. 3 и 4 показан частичный разрез участка перегородки согласно решению и ее увеличенный вид, соответственно, с целью иллюстрации направлений, протекающих через нее потоков холодной воды;
на фиг. 5А и 5Б показан частичный разрез перегородки согласно решению и ее увеличенный вид, соответственно, с целью иллюстрации некоторых размерных и пространственных параметров решения.
Далее со ссылкой на чертежи описаны признаки предпочтительного варианта осуществления перегородки. Следует отметить, что, несмотря на схематичность, описанные выше чертежи воспроизводят компоненты устройства с сохранением соотношений их размеров и ориентаций в пространстве в соответствии с возможным вариантом осуществления. Следует также отметить, что любое обозначение размеров и ориентации в пространстве (такое как "нижний", "верхний", "внутренний", "наружный", "передний", "задний" и т.п.) относится к положению, в котором перегородка показана на прилагаемых чертежах, без какого-либо намерения ограничить возможные условия эксплуатации.
Позицией 1 на фиг. 1 обозначена перегородка согласно настоящему решению, имеющая трубчатый корпус цилиндрического сечения, для установки и фиксации в трубе для впуска холодной воды в бак водонагревателя с тепловым аккумулятором (не показанного на чертежах).
Такая перегородка 1 содержит:
проксимальный участок 1.1, приспособленный для размещения преимущественно на всем протяжении во впускной трубы для холодной воды и имеющий открытый конец для поступления воды внутрь перегородки 1,
медиальный участок 1.2, содержащий одну или несколько групп полнопоточных отверстий 2,
дистальный участок 1.3 (непосредственно прилегающий к медиальному участку 1.2), содержащий одну или несколько групп дросселирующих поток отверстий 3 и заканчивающийся закрытым концом 1.4 для предотвращения прохождения потока воды через перегородку 1 и вытекания из нее в вертикальном направлении.
Как известно из уровня техники, такой закрытый конец 1.4 перегородки 1 формируют путем пластической деформации, например, механическими способами, такими как клепка, гибка или чеканка, тем не менее, конец 1.4 также может быть закрыт альтернативными средствами, такими как установка соответствующих закупоривающих элементов, таких как заглушки или колпаки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления решения, проиллюстрированном на прилагаемых чертежах, полнопоточные отверстия 2, образующие группу на медиальном участке 1.2 перегородки 1, представляют собой круглые отверстия.
В еще одном из предпочтительных вариантов осуществления такие полнопоточные отверстий 2 распределены среди множества групп, предпочтительно имеющих чередующийся угол наклона (в результате чего полнопоточные отверстия 2 одной группы проходят горизонтально и находятся на угловом расстоянии α друг от друга со смещением относительно предыдущей группы под углом, равным α/2).
В одном из предпочтительных вариантов осуществления, проиллюстрированном на чертежах, дросселирующие поток отверстия 3, образующие группу на дистальном участке 1.3 перегородки 1, представляют собой отверстия с отклоняющимися створками 3.1, согнутыми внутрь.
Как известно из уровня техники, отклоняющиеся створки 3.1 предпочтительно состоят из материала, удаленного со стенки перегородки 1 при формировании дросселирующих поток отверстий 3, и изготовлены путем штамповки или аналогичными способами с помощью соответствующих инструментов или машинного оборудования.
В проиллюстрированном варианте осуществления дросселирующие поток отверстия 3 преимущественно имеют форму полуокружностей с обращенной вверх спинкой, при этом каждое из отверстий 3 имеет отклоняющуюся створку 3.1, которая сформирована путем вырезания дуги, равной половине окружности, и ее сгибания внутрь перегородки 1 под углом от 20° до 80° (предпочтительно около 40°, как подробно описано далее).
В еще одном из предпочтительных вариантов осуществления решения такие дросселирующие поток отверстия 3 распределены среди множества групп, предпочтительно имеющих чередующийся угол наклона (в результате чего дросселирующие поток отверстия 3 одной группы проходят горизонтально и находятся на угловом расстоянии β друг от друга со смещением относительно предыдущей группы под углом, равным β/2).
За счет упомянутой формы поток холодной воды, вытекающий из перегородки 1, может направляться по горизонтали с достижением преимущественного расслоения внутри водонагревателя и ослабления перемешивания горячей воды и холодной воды.
По существу, поскольку части потока холодной воды, вытекающей из полнопоточных отверстий 2, направлены вверх под углом около 45° и пересекаются с частями потока, который вытекает из дросселирующих поток отверстий 3 в противоположном направлении вниз под углом около 45°, результирующий вектор столкновения таких потоков является преимущественно нулевым в вертикальном направлении, и поток воды протекает в радиальном направлении относительно перегородки 1.
Описанное выше схематически показано на фиг. 3 и фиг. 4 с помощью стрелок, указывающих направление потока воды:
поток холодной воды достигает перегородки 1 через ее проксимальный участок 1-2;
часть потока вытекает через полнопоточные отверстия 2 медиального участка 1.2;
а остальной поток протекает в вертикальном направлении через перегородку 1 до ее верха, где он достигает траектории, закупоренной закрытым концом 1.4, принудительно поступает в обратном направлении до дистального участка 1.3 и вытекает из него через дросселирующие поток отверстия 3, при этом его направляют вниз отклоняющиеся створки 3.1, наклоненные под соответствующим углом.
Таким образом, на фиг. 3 и 4 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления перегородки 1 с вытекающими из нее потоками воды; тем не менее, подразумевается, что описанное выше также применимо к минимальному варианту осуществления перегородки 1, например, всего с одной группой полнопоточных отверстий 2 и всего одной группой дросселирующих поток отверстий 3.
С целью пояснения результатов, достигаемых в настоящем решении, далее приведены численные и размерные величины для предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированного на сопровождающих чертежах, который, однако, служит лишь неограничивающим примером осуществления перегородки 1 с точки зрения решения в целом.
Такая перегородка 1 (для водонагревателя объемом 75 л с баком диаметром 412 мм и расходом воды 10 л/мин) отличается следующими признаками:
медиальный участок 1.2 содержит восемь групп полнопоточных отверстий 2 (в частности, круглых отверстий диаметром 3,5 мм) с чередующимся углом наклона; при этом каждая из групп содержит четыре полнопоточных отверстий 2 на угловом расстоянии 90° друг от друга, т.е. в общей сложности 32 отверстия;
дистальный участок 1.3 содержит восемь групп дросселирующих поток отверстий 3 (в частности, полуокружностей с обращенной вверх спинкой и отклоняющимися створками 3.1, сформированными путем вырезания дуги, равной половине окружности, и ее сгибания внутрь) с чередующимся углом наклона; при этом каждая из групп содержит четыре дросселирующих поток отверстия 3 диаметром 3,5 мм, т.е. в общей сложности 32 отверстия;
каждая из отклоняющихся створок 3.1 имеет наклон под углом около 40°;
медиальный участок 1.2 и дистальный участок 1.3, содержащие группы полнопоточных отверстий 2 и дросселирующих поток отверстий 3, имеют общую длину около 70 мм;
перегородка 1 имеет сечение 14,3 мм и протяженность по вертикали 160 мм.
При установке перегородки 1 с приведенными выше характеристиками в водонагревателе приведенными выше характеристиками получены следующие результаты:
поток холодной воды, вытекающий из полнопоточных отверстий 2, направлен вверх под углом около 45° и имеет скорость на выходе от около 0,5 до 1,5 м/сек;
поток холодной воды, вытекающий из дросселирующих поток отверстий 3, направлен вниз под углом около 45° и имеет скорость на выходе от около 0,8 до 1,8 м/сек, т.е. более высокую скорость за счет меньшего проходного сечения;
в результате столкновения противоположных потоков (из которых нисходящий поток имеет более высокую скорость, которая способствует нивелированию более медленного восходящего потока книзу) образуется поток с преимущественно нулевым вектором в вертикальном направлении и скоростью около 1,5 м/сек, т.е. меньшей скоростью, чем скорость на входе перегородки 1 вследствие давления в канале.
Следовательно, перегородка согласно настоящему решению достигает своего предполагаемого назначения, которое состоит в том, чтобы направлять по горизонтали со сниженной скоростью вытекающий из нее поток воды с целью получения преимущественного расслоения холодной воды в баке и ограничения ее перемешивания с горячей водой и возникновения турбулентных течений.
Из этого также следует повышение эффективности использования энергии водонагревателем, который может обеспечивать пользователя большим количеством горячей воды, нагретой до температуры использования.
По существу, если взять за основу перегородку 1 согласно предпочтительному варианту осуществления, которая проиллюстрирована на прилагаемых чертежах и имеет указанные выше размерные характеристики, лабораторные испытания, водонагревателя емкостью 75 л, проведенные согласно условиям Правил 814/2013/UE, продемонстрировали получение значительно большего количества воды V40 (нагретой до температуры использования воды, которая может подаваться при температуре, по меньшей мере, 40°С согласно упомянутым правилам), чем при использовании известных из техники перегородок.
В частности, при использовании проиллюстрированной перегородки 1 объем, подаваемой при температуре использования, составляет около 135 л в отличие, например, от перегородки, имеющей такое же число, но полнопоточных отверстий 2 (в этом случае количество воды, подаваемой при температуре 40°С, составляет около 122 л), или перегородки, имеющей такое число, но дросселирующих поток отверстий 3 (в этом случае количество воды, подаваемой при температуре 40°С, составляет около 127 л).
Дополнительное преимущество описанной перегородки 1 проистекает из уменьшенного диаметра, что позволяет быстро и без обременительных операций устанавливать ее (и необязательно извлекать с целью обслуживания или замены) в баке водонагревателя.
Специалистам в данной области техники ясно, что возможно несколько вариантов осуществления описанной перегородки 1, не выходящих за пределы изобретательского замысла, а также, что при осуществлении решения на практике различные описанные выше компоненты могут быть заменены их техническими эквивалентами.
Например, в предпочтительном варианте осуществления, проиллюстрированном на прилагаемых чертежах, перегородка 1 предназначена для установки на трубе для впуска холодной воды в нижней части бака; тем не менее, настоящее решение также может применяться в водонагревателях с трубой для впуска холодной воды в верхней части бака с получением горизонтального потока в результате столкновения пересекающихся потоков, вытекающих из полнопоточных отверстий 2 и дросселирующих поток отверстий 3.
Перегородка 1 также может без различия применяться в водонагревателях с тепловым аккумулятором как с вертикальной, так и с горизонтальной осью, и, соответственно, может устанавливаться на колпаке или на корпусе бака, соответственно.
В одном из вариантов осуществления, менее эффективном вследствие большей турбулентности течений выходящих потоков, также может быть предусмотрено, что группы полнопоточных отверстий 2 и группы дросселирующих поток отверстий 3 расположены не на отдельных участках перегородки 1, а чередуются.