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 электрический водонагреватель, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, размещенные в нем соосно навстречу друг другу фазный и нулевой электроды, по меньшей мере один из которых установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и изолированный от корпуса токопроводящий стержень с питающим кабелем, соединенный с источником тока и с фазным электродом, внутри нулевого электрода выполнена полость, образующая его рабочую поверхность, а рабочая поверхность фазного электрода размещена в упомянутой полости концентрично рабочей поверхности нулевого электрода с образованием между ними кольцевого зазора (патент RU на полезную модель № 13083, 2000).
Известен накопитель горячей воды, содержащий резервуар, в нижнюю часть которого подводится холодная вода, а из верхней части отводится нагретая вода. В нижней части резервуара расположен источник тепла (ТЭН), который охватывается колпаком с расположенным внизу входным отверстием для ввода холодной воды внутрь колпака. Вверху резервуара  расположено выходное отверстие, к которому присоединяется труба. Выходной конец трубы расположен над или на высоте пограничного слоя, создающегося в резервуаре между верхним объемом горячей воды и нижним объемом холодной воды, и перемещается вместе с ним. При этом холодная вода, нагретая внутри колпака, поднимается по трубе через окружающую холодную воду и поступает в резервуар в области пограничного слоя или несколько выше его (европейский патент ЕР № 1171742, 2002).
Известен также бойлер, содержащий корпус, который изготовлен из сложной полимерной композиции и состоит из двух слоев: внутреннего и наружного. Внутренний слой выполнен из термопластичного эластомера и предназначен для непосредственного контакта с водой, а наружный слой корпуса бойлера образован множеством нитей или полосок из синтетического материала, покрытого смолой. Наружный слой спекается, в результате чего образуется сетчатая структура, устойчивая к относительно высоким давлениям. В нижней части рабочего бака установлены: нагревательный элемент (ТЭН), термостат и патрубок подачи холодной воды. Выпуск горячей воды из бака осуществляется патрубком выпуска горячей воды (патент Германии № 60105123Т, 2005 и его патент- аналог: ЕР № 1254343).
Известен бытовой водонагреватель, который содержит теплоизолированный рабочий бак, патрубки подвода холодной воды и выпуска горячей воды. Внутри рабочего бака размещено электронагревательное устройство (ТЭН). На всю внутреннюю поверхность рабочего бака, имеющую непосредственный контакт с водой, нанесено покрытие, содержащее серебро или титан и являющееся продуктом передовых европейских технологий. Это покрытие обеспечивает антикоррозийную стойкость рабочего бака, а также биологическую очистку воды путем ее обеззараживания ионами серебра (патент RU на полезную модель № 75013, 2008).
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является водонагреватель, который содержит теплоизолированный герметичный рабочий бак, патрубок  подвода холодной воды, патрубок  выпуска горячей воды и размещенный внутри рабочего бака нагревательный элемент, на наружную поверхность нагревательного устройства  нанесено серебряное покрытие (патент RU на полезную модель № 88779, 2009).
К недостаткам всех вышеупомянутых устройств следует отнести ограниченные эксплуатационные возможности, поскольку каждое из известных устройств может быть установлено только в одном положении, а именно только вертикально или только горизонтально.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной модели - расширение ассортимента эффективных электроводонагревателей накопительного типа.
Технический результат - расширение функциональных возможностей водонагревателя накопительного типа за счет обеспечения возможности его горизонтальной и вертикальной установок.
Поставленная задача решается тем, что заявляется накопительный аккумуляционный водонагреватель, который содержит бак для воды, снабженный штуцером забора горячей воды и штуцером подачи холодной воды, нагревательный элемент с магниевым анодом, выполненный с возможностью подключения к электросети, при этом бак для воды  размещен в корпусе, последний снабжен торцевыми крышками, концевая часть штуцера подачи холодной воды  имеет распределитель, выполненный с возможностью изменения направления входящего потока холодной воды, штуцер забора горячей воды выполнен с трубкой, размещенной в полости бака для воды, вход и выход штуцеров подачи холодной воды размещены в одной плоскости и разведены друг относительно друга к краям торцевой крышки корпуса.
Корпус водонагревателя выполнен предпочтительно с сечением в форме круга. Бак для воды выполнен из стали предпочтительно цилиндрической формы и жестко зафиксирован внутри полости корпуса. Бак для воды выполнен теплоизолированным от корпуса. 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.
В баке для 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 контактирует («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 95°С). 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 подается на нагревательный элемент. На внешней части расположена корпуса панель 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.
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:
- бак для воды  размещен в корпусе;
- корпус  снабжен торцевыми крышками;
- концевая часть штуцера подачи холодной воды  имеет распределитель, выполненный с возможностью изменения направления входящего потока холодной воды;
- штуцер забора горячей воды выполнен с трубкой, размещенной в полости бака для воды;
- вход и выход штуцеров подачи холодной воды размещены в одной плоскости и разведены друг относительно друга к краям торцевой крышки корпуса.
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 горизонтальном положении водонагревателя;
на Фиг. 4 – показана схема движения воды в вертикальном 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 в разрезе имеет сечение в виде круга. В полости корпуса 1 закреплен бак для воды 2, выполненный из нержавеющей стали. Полость корпуса 1 заполнена теплоизолятором 3, например, полиуретановой пеной. В полости бака для воды 2 размещены нагревательный элемент (ТЭН) 4 и магниевый анод 5, а также подведен штуцер подачи холодной воды 6, на конце которого установлен распределитель потока холодной воды, выполненный в виде колпачка 7. Колпачок 7 изменяет направление потока холодной воды, разворачивая его перпендикулярно входящему потоку. Нагревательный элемент 4 выполнен в виде двух параллельно соединенных трубчатых нагревателей, присоединенных к одному нейтральному проводу и смонтированных на общий герметичный фланец. Бак для воды 2 снабжен штуцером забора горячей воды 8 с трубкой 9, размещенной в полости бака для воды 2, длина которой соответствует длине образующей поверхности бака для воды 2. С торцов корпуса 1 размещены торцевые крышки 10 и 11. Вход штуцера подачи холодной воды 6 и выход штуцера забора горячей воды 8 расположены по краям торцевой крышки 11 корпуса 1. На торцевой крышке 11 размещен защитный термостат 12, электрически соединенный с нагревательным элементом 4, электронной платой питания 13, электронной платой управления 14, шнуром питания 15 с вилкой для подключения к электросети и с устройством защитного отключения 16 и панелью управления 17, размещенной на внешней стороне корпуса 1. Защитный термостат 12, электронная плата питания 13 и электронная плата управления 14 составляют блок управления. На внешней стороне корпуса 1 размещены элементы крепления 18 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 15 с вилкой, которая подключается к розетке. Водонагреватель подключают к водопроводу через штуцер подачи холодной воды 6, согласно схеме подключения, указанной в инструкции по эксплуатации. Нагревательный элемент (ТЭН) 4 нагревает воду в баке для воды 2 до температуры, заданной на панели управления 17, и отключается. Теплоизолятор 3 позволяет долгое время сохранять воду горячей в баке для воды 2. По мере остывания воды, водонагреватель автоматически включает нагревательный элемент (ТЭН) 4, 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 7, сначала распределяется на днище бака для воды 2, затем ее уровень в баке для воды 2 поднимается. Поступающая вода нагревается за счет теплообменных процессов. При заполнении рабочего объема бака для воды 2, в его верхней части находится горячая вода, которая переливается через верхний край трубки 9 штуцера забора горячей воды 8 и отводится вниз через вывод в торцевой крышки 11.
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) 4, вода нагревается. Нагретая вода вытесняется из бака для воды 2 под действием давления поступающей холодной воды и через открытый конец трубки 9 штуцера для забора горячей воды 8 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.