Электрический водонагреватель с накопительной емкостью
ELECTRIC WATER HEATER WITH STORAGE 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 электрического водонагревателя с накопительной емкостью, содержащего декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, один и более нагревательные элементы, в том числе, и блочного типа, и датчики температуры воды, рабочие части которых встроены в полость накопительного бака через один и более монтажные отверстия в корпусе последнего путем герметического крепления их индивидуальных или общих крепежных оснований с помощью соответствующих монтажных устройств к корпусу накопительного бака, терморегуляторы, подключенные к соответствующим датчикам температуры воды и соединенные последовательной электрической цепью с соответствующими нагревательными элементами через блок управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака, причем нагревательная поверхность рабочей части хотя бы одного из нагревательных элементов в основном размещена в нижней области полости накопительного бака (см. Патент RU 2382292 кл. МПК F24H 1/20).
Недостатком известного электрического водонагревателя с накопительной емкостью является наличие значительных потерь электроэнергии как в «дежурном» режиме его работы, так и в режимах отбора нагретой воды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрический водонагреватель с накопительной емкостью, содержащий декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, один и более нагревательные элементы, в том числе, и блочного типа, и датчики температуры воды, рабочие части которых встроены в полость накопительного бака через один и более монтажные отверстия в корпусе последнего путем герметического крепления их индивидуальных или общих крепежных оснований с помощьюсоответствующих монтажных устройств к корпусу накопительного бака, терморегуляторы, подключенные к соответствующим датчикам температуры воды и соединенные последовательной электрической цепью с соответствующими нагревательными элементами через блок управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака, причем нагревательная поверхность рабочей части хотя бы одного из нагревательных элементов в основном размещена в нижней области полости накопительного бака (см. Патент RU 2371640 кл. МПК F24H 1/20).
Недостатком известного электрического водонагревателя с накопительной емкостью является также наличие значительных потерь электроэнергии как в «дежурном» режиме его работы, так и в режимах отбора нагретой воды.
Цель изобретения - уменьшение энергопотребления электрического водонагревателя с накопительной емкостью за счет сокращения потерь тепла через корпус накопительного бака.
Раскрытие сущности изобретения
Поставленная цель достигается тем, что в электрическом водонагревателе с накопительной емкостью, содержащем декоративный кожух и полый накопительный бак с теплоизолированным снаружи корпусом, блок управления, один и более нагревательные элементы, в том числе, и блочного типа, и датчики температуры воды, рабочие части которых встроены в полость накопительного бака через один и более монтажные отверстия в корпусе последнего путем герметического крепления их индивидуальных или общих крепежных оснований с помощью соответствующих монтажных устройств к корпусу накопительного бака, терморегуляторы, подключенные к соответствующим датчикам температуры воды и соединенные последовательной электрической цепью с соответствующими нагревательными элементами через блок управления, патрубки подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака, причем нагревательная поверхность рабочей части хотя бы одного из нагревательных элементов в основном размещена в нижней области полости накопительного бака, нагревательные поверхности рабочих частей одного и более нагревательных элементов в основном размещены с учетом временных режимов потребления нагретой воды выше придонной части полости накопительного бака на отметках, обеспечивающих возможность нагрева ограниченных объемов воды в полости накопительного бака, либоза счет монтажа их крепежных оснований через монтажное отверстие, выполненное на верхнем основании корпуса накопительного бака, или через монтажные отверстия, выполненные на соответствующих отметках его боковых стенок, либо за счет выполнения рабочей части соответствующего нагревательного элемента вытянутой формы с концентрацией его нагревательных поверхностей в основном на концевых участках, либо за счет монтажа крепежного основания нагревательного элемента через монтажное отверстие, выполненное на герметически закрытом днище или на боковой поверхности встроенной в полость накопительного бака через вышеупомянутое монтажное отверстие на нижнем основании его корпуса вертикально ориентированной полой, постоянного либо переменного, в том числе, ступенчатого сечения трубчатой шахты цельного исполнения или состоящей из отдельных сборных секций на резьбовых или фланцевых герметических соединениях, с максимальным наружным диаметром поперечного сечения, несколько меньшим диаметра соответствующего монтажного отверстия в корпусе накопительного бака, в том числе, с гофрированной или телескопической секциями и устройствами регулирования их длины, герметично закрепленной к корпусу накопительного бака открытым основанием, снабженным крепежным фланцем, с помощью соответствующего монтажного устройства, причем концевые участки рабочих частей датчиков температуры воды выведены на отметки размещения верхних участков рабочих частей соответствующих нагревательных элементов, либо верхних участков основных частей их нагревательных поверхностей, или выше этих отметок, а блок управления снабжен коммутирующим программным таймером, и тем, что рабочие части нагревательных элементов, установленных на боковых стенках трубчатой шахты, в основной массе размещены на соответствующих участках поверхности коаксиальной по отношению к трубчатой шахте виртуальной трубы большего сечения, форма изгиба которого повторяет форму изгиба соответствующих участков поверхности боковых стенок трубчатой шахты, и в том, что терморегуляторы соответствующих нагревательных элементов размещены либо в полости трубчатой шахты, либо на фланце последней, либо на корпусе накопительного бака, причем электрические каналы подключения нагревательных элементов, датчиков температуры воды и терморегуляторов проложены через внутреннюю полость трубчатой шахты.
Краткое описание чертежей.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими схематическими изображениями.
На фиг. 1 показана схема электрического водонагревателя снакопительной емкостью, снабженного двумя нагревательными элементами, встроенными в полость накопительного бака через монтажные отверстия, размещенные в верхней и нижней частях его корпуса, причем нагревательная поверхность рабочей части верхнего нагревательного элемента в основном размещена на концевом (нижнем) участке.
На фиг. 2 показана схема электрического водонагревателя с накопительной емкостью, снабженного нагревательным элементом блочного типа с двумя трубчатыми нагревателями, встроенным в полость накопительного бака через монтажное отверстие, размещенное в нижней части его корпуса, причем нагревательная поверхность рабочей части одного из трубчатых нагревателей размещена в основном в нижней области полости накопительного бака, а основная масса нагревательной поверхности рабочей части второго трубчатого нагревателя - на ее концевом (верхнем) участке, выведенном на заданную отметку по высоте внутренней полости накопительного бака.
На фиг. 3 показана схема электрического водонагревателя с накопительной емкостью, снабженного двумя трубчатыми нагревательными элементами, встроенными в полость накопительного бака через монтажное отверстие, размещенное в нижней части его корпуса с использованием трубчатой шахты круглого сечения, причем один из нагревательных элементов закреплен на днище трубчатой шахты, а второй нагревательный элемент - к боковой поверхности трубчатой шахты у ее основания в нижней области полости накопительного бака.
На фиг. 4 (а), (б) и (в) показаны схемы секционной трубчатой шахты, соответственно, с простыми, с гофрированной и телескопическими секциями.
Электрический водонагреватель с накопительной емкостью, содержит декоративный кожух (не показан) и полый накопительный бак 1 с теплоизолированным снаружи корпусом 2, блок управления (не показан), нагревательные элементы 3 и 4, в том числе, блочного типа (см. фиг. 2), и датчики температуры воды 5 и 6, рабочие части, соответственно, 3а, 4а, 5а и ба которых встроены в полость накопительного бака через одно (см. фиг. 2 и фиг.3) или два (см. фиг. 1) монтажных отверстия (не показаны) в корпусе 2 последнего путем герметического крепления их индивидуальных 7 и 8 или общего 9 крепежных оснований с помощью соответствующих монтажных устройств 10, 11, 12, 16 и 18 (на схеме, приведенной на фиг. 3, опосредованно через трубчатую шахту 15) к корпусу 2 накопительного бака 1, терморегуляторы (не показаны), подключенные к соответствующим датчикам 5 и 6 температуры воды и соединенные последовательнойэлектрической цепью с соответствующими нагревательными элементами 3 и 4 через блок управления (не показан), патрубки 13 и 14 подвода холодной воды, и отбора нагретой воды, сообщенные, соответственно, с нижней и верхней областями полости накопительного бака 1, причем нагревательные поверхности рабочей части За нагревательного элемента 3 в основном размещены в нижней области полости накопительного бака 1.
Нагревательные поверхности рабочей части 4а нагревательного элемента 4 в основном размещены с учетом временных режимов потребления нагретой воды выше придонной части полости накопительного бака 1 на отметках, обеспечивающих возможность нагрева ограниченных объемов воды в полости накопительного бака 1, либо за счет монтажа его крепежного основания 8 через монтажное отверстие (не показано), выполненное на верхнем основании корпуса 2 накопительного бака 1 (см. фиг. 1), или через монтажные отверстия, выполненные на соответствующих отметках его боковых стенок (не показано), либо за счет выполнения рабочей части 4а нагревательного элемента 4 вытянутой формы с концентрацией ее нагревательных поверхностей в основном на концевых участках (см. фиг. 1 и фиг. 2), либо за счет монтажа крепежного основания нагревательного элемента 4 с помощью монтажного устройства 16 через монтажное отверстие (не показано), выполненное на герметически закрытом днище 15а или на боковой поверхности 15б встроенной в полость накопительного бака 1 через вышеупомянутое монтажное отверстие на нижнем основании его корпуса вертикально ориентированной полой, постоянного либо переменного, в том числе, ступенчатого сечения трубчатой шахты 15 цельного исполнения или состоящей из отдельных сборных секций 15в и 15г на резьбовых или фланцевых (наружных или внутренних) герметических соединениях (не показаны), с максимальным наружным диаметром поперечного сечения, несколько меньшим диаметра соответствующего монтажного отверстия в корпусе 2 накопительного бака 1, в том числе, с гофрированной 15д или телескопическими 15е и 15ж секциями и устройствами регулирования их длины (не показаны), герметично закрепленной к корпусу 2 накопительного бака 1 открытым основанием с помощью крепежного фланца 17 и соответствующего монтажного устройства 18, причем рабочая часть 6а датчика 6 температуры воды выведена на отметку размещения верхних участков рабочей части 4а нагревательного элемента 4 (либо верхних участков основных частей ее нагревательных поверхностей) или выше этих отметок (см. фиг. 3), а блок управления снабжен коммутирующим программным таймером (не показан).
При этом рабочая часть 3а нагревательного элемента 3, установленного на боковой стенке 15б трубчатой шахты 15 (см. фиг. 3), в основной массе размещена на соответствующем участке поверхности коаксиальной по отношению к трубчатой шахте 15 виртуальной трубы большего сечения, форма изгиба которого повторяет форму изгиба соответствующих участков поверхности боковых стенок 15б трубчатой шахты 15 (за исключением выходных участков рабочей части 3а нагревательного элемента 3, подходящих к крепежному основанию 7), что позволит уменьшить размер минимального потребного диаметра монтажного отверстия в корпусе 2 накопительного бака 1.
Между тем терморегуляторы соответствующих нагревательных элементов 3 и 4 в схеме электрического водонагревателя с накопительной емкостью, приведенной на фиг.3, размещены либо в полости трубчатой шахты 15, например, на выходном ее участке у открытого основания, либо на ее фланце 17, либо на корпусе 2 накопительного бака 1, причем электрические каналы (не показаны) подключения нагревательных элементов 3 и 4, датчиков температуры воды 5 и 6 и их терморегуляторов проложены через внутреннюю полость трубчатой шахты 15.
При исполнении трубчатой шахты 15 с гофрированной секцией 15д (см. фиг. 4 (б)) устройство (не показано) регулирования выдвижения нагревательного элемента 4, может быть выполнено, например, на основе выдвижного шпинделя (не показан), в том числе, полого, с ходовой гайкой (не показана) или без такового, а во внутреннюю полость конструкции гофрированной трубы 15д соосно может быть вставлена усилительная пружина (не показана).
Очевидно возможны и варианты использования комбинированных конструкций трубчатой шахты 15 с использованием различных сочетаний схем, приведенных на фиг.4.
Между тем телескопическая конструкция трубчатой шахты 15 (см. фиг. 4 (в)) должна быть снабжена уплотнительным узлом (не показан) герметизации пространства между выдвижной секцией 15ж и направляющей секцией 15е.
При этом регулирование ее высоты (уровня выдвижения секции 15ж) может осуществляться периодически (по мере необходимости) вручную после предварительного демонтажа крепления направляющей секции 15е путем временного ослабления затяжки прокладки в их узле герметизации.
При этом монтажные отверстия, размещенные в верхней и нижней частях корпуса 2 накопительного бака 1, крепежные основания монтируемых через них нагревательных элементов 3 и 4, а также соответствующие монтажные устройства в схеме электрическоговодонагревателя с накопительной емкостью, приведенной на фиг. 1, могут быть выполнены идентичными, или иметь различающиеся параметры, при которых накопительный бак 1 может быть снабжен дополнительно адаптером (не показан) монтажных устройств.
Кроме того трубчатые шахты 15 в согласно предлагаемому изобретению, очевидно, могут быть изготовлены также из труб квадратной и любой другой формы сечения, в том числе, разной формы и размеров сечения по высоте, а закрепленных на их боковых стенках 156, в том числе, с разных сторон, нагревательных элементов может быть несколько в зависимости от потребности поддержания различных объемов нагретой воды в полости накопительного бака 1 в различные периоды времени.
Осуществление изобретения
Предлагаемый электрический водонагреватель с накопительной емкостью работает следующим образом.
Первичное заполнение внутренней полости корпуса 2 накопительного бака 1 водой осуществляется подачей холодной воды через патрубок 13 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 14 отбора горячей воды аналогично процессу заполнения накопительных баков соответствующих бытовых водонагревателей.
После этого потребителем задается на коммутирующем программном недельном таймере текущее время, а также время подачи напряжения на электрические цепи нагревательных элементов 3 и 4 по всем дням недели.
Кроме того с помощью соответствующих терморегуляторов потребителем задаются уставки требуемой рабочей температуры нагрева накопленной воды в накопительном баке 1 (уставки температуры разрыва электрических цепей нагревательных элементов 3 и 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 течении всего времени эксплуатации.
При включении электрического водонагревателя с накопительной емкостью запускается соответствующая программа и через соответствующие терморегуляторы подается, соответственно, напряжение к нагревательному элементу 3 или 4.
При этом температура воды во внутренней полости накопительного бака 1 постепенно повышается либо во всем объеме последнего (если подано напряжение к нагревательному элементу 3), либо в объеме воды вполости накопительного бака 1, расположенном над уровнем установки дополнительного нагревательного элемента 4 (уровнем размещения основной массы рабочей части последнего) (если подано напряжение к нагревательному элементу 4).
При достижении значения температуры воды в заданном объеме внутренней полости накопительного бака 1 необходимого уровня соответствующий терморегулятор по сигналу соответствующего датчика температуры 5 или 6 прерывает подачу напряжения к соответствующему работающему нагревательному элементу 3 или 4, после чего электрический нагреватель с накопительной емкостью переходит в «дежурный» режим автоматического поддерживания заданного значения температуры в заданном объеме внутренней полости накопительного бака 1 в заданных интервалах времени с помощью соответствующего терморегулятора и соответствующего нагревательного элемента 3 или 4, которые при некотором понижении температуры воды в заданном объеме внутренней полости накопительного бака 1 за счет теплоотдачи последнего в окружающую среду вновь переходят в соответствующий режим нагрева воды.
При наличии отбора нагретой воды через патрубок 14 в нижнюю область внутренней полости накопительного бака 1 через патрубок 13 поступает холодная вода вытесняя при этом нагретую воду через патрубок 14 отбора нагретой воды.
Как только уровень холодной воды в накопительном баке 1 покроет отметку размещения концевых участков рабочих частей 5а или ба датчика 5 или 6 температуры воды, соответствующий, терморегулятор включает соответствующий нагревательный элемент 3 или 4 стремясь восполнить объем отбираемой нагретой воды и электрический водонагреватель с накопительной емкостью переходит в рабочий режим нагрева воды одновременно с процессом ее отбора до тех пор пока значение температуры воды в контролируемом объеме внутренней полости накопительного бака 1 не достигнет заданного уровня или не истечет заданное время работы соответствующего нагревательного элемента 3 или 4.
Таким образом нагрев воды в накопительном баке 1 в предлагаемом техническом решении происходит в одни интервалы реального времени и дни недели только в ограниченной уровнем установки дополнительного датчика 6 температуры воды в верхней части полости накопительного бака 1, а при других интервалах реального времени и дни недели во всем объеме внутренней полости накопительного бака 1 с учетом потребностей объемов нагретой воды у потребителей.
Очевидно при использовании схемы электрического водонагревателя с накопительной емкостью согласно фиг.2 при работе нагревательного элемента 4, нагревательная поверхность рабочей части 4а которого размещена в основном на заданном уровне внутренней полости накопительного бака 1, в какой то мере может нагреваться весь объем находящейся в нем воды, однако объем воды, заключенной над уровнем размещения основной массы нагревательной поверхности рабочей части 4а нагревательного элемента 4 нагреется намного интенсивней, что и будет способствовать достижению поставленной цели.
Следует также отметить, что выполнение трубчатой шахты 15 с возможностью регулирования ее длины позволит менять объемы нагретой воды при изменении режима ее потребления стечением времени.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит значительно снизить энергопотребление электрического водонагревателя с накопительной емкостью за счет сокращения потерь тепла через корпус 2 накопительного бака.
Технические решения предложенной конструкции электрического водонагревателя с накопительной емкостью относительно легко могут быть реализованы на соответствующих серийных производствах.
Отсутствие в технической и патентной литературе сведений по использованию заявленной конструкции электрического водонагревателя с накопительной емкостью в вышеуказанных целях показывает новизну взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и его положительным эффектом.