ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ, СПОСОБ УСТАНОВКИ ТЕРМОСТАТИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ И ЕМКОСТНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ТЕРМОСТАТИЧЕСКИМ СМЕСИТЕЛЕМ
THERMOSTATIC MIXER FOR STORAGE WATER HEATER, INSTALLATION METHOD OF THERMOSTATIC MIXER, AND STORAGE WATER HEATER EQUIPPED WITH THERMOSTATIC MIXER

В основу настоящего изобретения положена задача создания термостатического смесителя для электрических емкостных водонагревателей (с тепловым аккумулятором).
Как известно, применение термостатических смесителей в устройствах для получения горячей воды для коммунально-бытового снабжения обеспечивает ряд значительных преимуществ.
По существу, термостатические смесители поддерживают постоянную температуру подаваемой пользователям водяной смеси на установленном уровне по мере изменения температуры и давления подачи исходной горячей и холодной воды.
Кроме того, термостатические смесители позволяют хранить воду в водонагревателе даже при температурах выше 60°C и тем самым предотвращать распространение бактерий и, главное, обеспечивать значительную экономию энергии за счет того, что температура раздаваемой воды не превышает температуру, необходимую для водопроводной сети, и, следовательно, уменьшается пассивное рассеивание через упомянутую сеть.
Поскольку термостатический смеситель хорошо известен в том, что касается его конструкции и работы, в настоящем изобретении достаточно краткого описания некоторых его разновидностей.
Например, термостатический смеситель одного из типов описан в патенте EP 0767332. Термостатический смеситель имеет корпус с первым и вторым впускными отверстиями, соответственно для потока холодной воды и потока горячей воды, продольную смесительную камеру и средство регулирования температуры упомянутых потоков, поступающих в осевом направлении в упомянутую смесительную камеру, и выходного сечения водяной смеси на желаемом уровне, "установленном" пользователем с помощью ручного калибровочного средства. Средство регулирования активно соединено с терморегулятором с тем, чтобы обеспечивать регулирование входящих потоков горячей и/или холодной воды в соответствии с температурой водяной смеси, которая заполняет термочувствительный элемент, например парафиновую колбу самого регулятора.
Более точно, упомянутое средство регулирования действует путем непосредственного изменения входного сечения поступающей в смеситель холодной водопроводной воды, которая смешивается с горячей водой, поступающей из водонагревателя.
Также известен вариант термостатического смесителя, в котором в качестве термочувствительного элемента регулятора вместо этого используется средство на основе сплава с эффектом запоминания формы.
Таким образом, этот смеситель отличается тем, что имеет термочувствительный элемент, материал которого в процессе изготовления подвергают пластической деформации путем соответствующей тепловой обработки, в результате чего получают термочувствительный элемент с эффектом запоминания формы, то есть способный иметь две различные длины в зависимости от того, поддерживается ли его температура ниже или выше предварительно заданной температуры, и сохранять такую способность с течением времени.
Упомянутые термостатические смесители согласно двум кратко описанным вариантам устанавливают снаружи и непосредственно после водонагревателя, в частности на выпускной трубе горячей воды.
Таким образом, основным недостатком этих термостатических смесителей является то, что для них необходимы дополнительные и/или обходные фитинги с тем, чтобы холодная вода, отбираемая из впускной трубы водонагревателя, могла смешиваться с горячей водой.
Термостатические смесители, установленные снаружи водонагревателя, имеют дополнительные недостатки, такие как опасность случайного неумелого обращения со стороны пользователя.
Кроме того, хотя такое решение чаще всего используется, оно не выглядит удовлетворительным с эстетической точки зрения.
Первой задачей настоящего изобретения является создание термостатического смесителя для водонагревателя с упрощенной и усовершенствованной конструкцией.
Второй задачей настоящего изобретения является создание термостатического смесителя, применимого для установки на одной трубе водонагревателя.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание термостатического смесителя для водонагревателя, способного обеспечивать значительную экономию энергии.
Решение упомянутых задач и достижение дополнительных преимуществ обеспечивается с помощью термостатического смесителя согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления, описанным далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, и прилагаемой формуле изобретения, являющейся неотъемлемой частью описания.
В частности, далее описано несколько не ограничивающих настоящее изобретение предпочтительных вариантов осуществления электрического водонагревателя с тепловым аккумулятором.
На фиг.1 показан вид в разрезе электрического емкостного водонагревателя с тепловым аккумулятором, снабженного термостатическим смесителем согласно изобретению.
На фиг.2 показан вид в разрезе термостатического смесителя согласно изобретению.
На фиг.3 показан вид в разрезе термостатического смесителя, идентичного смесителю, показанному на фиг.2, но на котором показано прохождение воды через упомянутый термостатический смеситель.
На фиг.4 показан термостатический смеситель согласно изобретению, установленный на выпускной трубе водонагревателя.
На фиг.1-4 показан электрический водонагреватель 2 с тепловым аккумулятором, имеющий резервуар 201 и выступ 202, который в свою очередь содержит одно или несколько электрических сопротивлений 203 для нагрева воды, и кожух 204 термостата, в котором помещается один или несколько датчиков температуры, не показанных на чертежах.
Холодная вода поступает через впускную трубу 205 вблизи дна 207 резервуара 201, а горячая вода с максимальной температурой отбирается через выпускную трубу 206 вблизи купола 208 резервуара 201.
Термостатический смеситель 1 согласно изобретению установлен на выпускной трубе 206 горячей воды, как более подробно описано далее.
Для простоты описания позицией 206.а обозначен участок выпускной трубы 206 горячей воды, который находится преимущественно между термостатическим смесителем 1 и дном 207; с другой стороны, позицией 206.b обозначен участок выпускной трубы 206 горячей воды, который находится между термостатическим смесителем 1 и упомянутым куполом 208.
Как показано на фиг.1, упомянутый термостатический смеситель 1 установлен внутри резервуара 201 водонагревателя 2, преимущественно вблизи дна 207 с тем, чтобы снаружи его обтекала холодная вода, подаваемая по упомянутой впускной трубе 205.
На фиг.2, 3 и 4 показан упомянутый термостатический смеситель 1 согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления.
Упомянутый термостатический смеситель 1 преимущественно имеет корпус 3 с продольной осью А-А, первый впускной патрубок 4 для подачи горячей воды, имеющий общую ось с упомянутым корпусом 3, второй впускной патрубок 5 для подачи холодной воды, терморегулятор 6 и блок 7 для регулирования скоростей смешиваемых потоков холодной и горячей воды.
Позицией 8 обозначен выпускной патрубок для водяной смеси для пользователей.
Более точно, позицией 401 обозначено проходное сечение горячей воды от упомянутого впускного патрубка 4 до камеры 301 корпуса 3, которая далее именуется горячей камерой.
С другой стороны, позицией 501 обозначено проходное сечение холодной воды от упомянутого впускного патрубка 5 до смесительной камеры 302 корпуса 3.
Таким образом, в упомянутой смесительной камере 302 горячая вода смешивается с холодной водой.
Проходное сечение 501 впускного патрубка 5 холодной воды имеет круговые пазы 501.
Упомянутые круговые пазы 501 выполнены в смесительной камере 302 на боковой поверхности корпуса 3.
Таким образом, холодная вода поступает в упомянутую смесительную камеру 302 в направлении, преимущественно ортогональном оси А-А корпуса 3.
Что касается терморегулятора 6, позицией 601 обозначен термочувствительный элемент, предпочтительно восковая/парафиновая (wax - англ.) расширительная колба хорошо известного типа, которая обычно используется в термостатических смесителях.
Тем не менее, в качестве альтернативы, термочувствительный элемент 601 также может представлять собой любую другую расширяющуюся под действием тепла текучую среду, или упомянутый терморегулятор 6 может представлять терморегулятор на основе элементов с эффектом запоминания формы.
Термочувствительный элемент 601 помещается на смесительной камере 302 с тем, чтобы его перекрывала водяная смесь.
Упомянутый термочувствительный элемент 601 жестко соединен со стопором 602.
Упомянутый стопор 602 дополнительно прижат к дилатационному элементу, такому как сильфон 603, который известным способом и, как это описано далее, перемещается в осевом направлении в зависимости от температуры, воздействующей на термочувствительный элемент 601, то есть от температуры водяной смеси, подаваемой в выпускной патрубок 8.
Упомянутый термочувствительный элемент 601 расположен посередине между концами 804 ребер 803, по краям которых расположены каналы 801 для прохождения водяной смеси.
В то же время стопор 602 опирается на верхний край 805 упомянутых ребер 803.
Конец 604 сильфона 603 напротив термочувствительного элемента 601, как это известно из уровня техники, давит на расположенный напротив опорной пружины 9 блок 7 с целью регулирования скоростей потока горячей и холодной воды.
Таким образом, под действием упомянутого термочувствительного элемента 601 упомянутый блок 7 способен смещаться относительно горячей камеры 301.
В частности, упомянутый блок 7 имеет первую заслонку 701, далее именуемую горячей заслонкой, и вторую заслонку 702, далее именуемую холодной заслонкой, которые прижаты друг другу центральным стержнем 704 и радиально проходящими ребрами 705 и которые обтекает горячая вода, перемещаясь из горячей камеры 301 в смесительную камеру 302.
Как более подробно описано далее, упомянутые горячая заслонка 701 и холодная заслонка 702 выполнены таким образом, что способны в зависимости от осевого давления упомянутого сильфона 603 менять соответственно проходное сечение 401 горячей воды в направлении горячей камеры 301 и проходное сечение 501 холодной воды в направлении смесительной камеры 302.
Позицией 9 дополнительно обозначена противодействующая пружина того же регулировочного блока 7.
В упомянутые круговые пазы 501 может быть вставлен фильтр 10.
Упомянутый фильтр 10 не дает отложениям накипи засорять упомянутые пазы 501 и препятствовать прохождению через них холодной воды.
Далее будет более подробно описан термостатический смеситель 1 согласно изобретению.
Как уже было отчасти упомянуто, горячая вода, поступающая с участка 206.b выпускной трубы 206 водонагревателя 2, проходит в осевом направлении через проходное сечение 401 в смесительную камеру 301 и, следовательно, поступает в смесительную камеру 302, где она смешивается с холодной водой, поступающей через круговые пазы 501.
Затем водяная смесь поступает по каналам 801 из смесительной камеры 302 в выпускной патрубок 8 термостатического смесителя 1 для доставки пользователю с желаемой температурой (смотри стрелки на фиг.3).
Температура получаемой водяной смеси влияет на расширение термочувствительного элемента 601, в результате чего меняются проходные сечения 401 и 501 соответственно для впуска горячей и холодной воды в термостатический смеситель 1.
Например, если температура водяной смеси, которая обтекает снаружи упомянутый термочувствительный элемент 601 терморегулятора 6, превышает температуру, необходимую пользователю, парафин упомянутого термочувствительного элемента 601 расширится, в результате чего произойдет расширение и перемещение сильфона 603, которое вызовет осевое смещение блока 7.
Такое смещение блока 7 происходит в направлении, противоположном направлению выпуска водяной смеси, противоположно давлению, прилагаемому опорной пружиной 9.
Таким образом, в результате смещения горячей заслонки 701 уменьшается проходное сечение 401 горячей воды, а за счет смещения холодной заслонки 702 увеличивается проходное сечение 501 холодной воды.
В то же время при температуре водяной смеси ниже желаемой температуры произойдет сжатие парафина термочувствительного элемента 601 с последующим смещением блока 7 для уменьшения проходного сечения 501 холодной воды и увеличения проходного сечения 401 горячей воды.
В любом случае автоматически восстанавливается состояние равновесия, при котором температура водяной смеси, направляемой пользователям, соответствует желаемой температуре.
Таким образом, ясно, что стабильность температуры водяной смеси на желаемом уровне прямо является функцией физико-химических свойств термочувствительного элемента 601, в частности коэффициента расширения содержащегося в нем парафина, помимо геометрии блока 7 (и соответствующих горячей и холодной заслонок 701 и 702).
Таким образом, путем выбора на этапе проектирования и/или конструирования термочувствительного элемента 601 и геометрии упомянутого блока 7 можно создавать модели термостатических смесителей 1, рассчитанные на различные температурные диапазоны (водяной смеси) в соответствии с требованиями различных рынков, создавать множество различных моделей термочувствительных элементов 601 и/или соответствующим образом изменять геометрию заслонок 701 и 702 (для изменения проходных сечений 401 и 501 соответственно горячей и холодной воды).
Хотя принцип действия описанного термостатического смесителя 1 известен из уровня техники, его преимуществом является отказ от дополнительных фитингов и/или обводных труб для подачи холодной воды для смешивания, поскольку сам термостатический смеситель 1 погружен в холодную воду (в резервуар 201 водонагревателя 2), которая поступает через упомянутые круговые пазы 501 впускного патрубка 5.
Обычно в известных термостатических смесителях, установленных снаружи водонагревателя, регулирование температуры водяной смеси осуществляется с помощью рукоятки, которая посредством гаечно-винтового соединения преимущественно воздействует на заслонку, позволяя изменять одно или оба проходных сечений горячей и/или холодной воды.
Вследствие этого на этапах конструирования или заводского контроля самого термостатического смесителя обычно не требуется процедура и/или устройство первоначальной градуировки.
В целях настоящего описания описанный термостатический смеситель 1 внутри водонагревателя 2 не требует первоначальной градуировки, поскольку желаемая температура водяной смеси может быть достигнута конструктивно, как указано выше (путем выбора термочувствительного элемента 601 и/или геометрии заслонок 701 и 702).
Тем не менее, хотя это не показано, в упомянутом термостатическом смесителе 1 может быть предусмотрена первоначальная тонкая градуировка.
В качестве первого решения впускной патрубок 4 для подачи горячей воды выполняют с возможностью свободного смещения относительно корпуса 3 посредством непоказанного гаечно-винтового соединения.
Таким образом, при повороте впускного патрубка 4 относительно упомянутого корпуса 3 происходит соответствующее изменение проходного сечения 401 горячей воды при прочих равных условиях.
В качестве альтернативы, сильфон 603 терморегулятора 6 может давить непосредственно на непоказанный регулировочный винт, навинченный на стержень 704 упомянутой горячей заслонки 701 и имеющий общую с ним ось, а не воздействовать на конец 703 горячей заслонки 701.
Таким образом, путем навинчивания упомянутого винта достигается смещение блока 7, который удаляется от вершины сильфона 603, в результате чего уменьшается проходное сечение 401 горячей воды и увеличивается проходное сечение 501 холодной воды (и/или наоборот).
Как уже сказано ранее и, в частности, как показано на фиг.1 и 4, термостатический смеситель 1 установлен внутри водонагревателя 2 на выпускной трубе 206 горячей воды.
Позициями 11 и 12 обозначены средства крепления термостатического смесителя 1 к упомянутой выпускной трубе 206 горячей воды.
Более точно, позицией 11 обозначено средство крепления участка 206.b выпускной трубы 206 к отверстию 402 впускного патрубка 4 горячей воды.
В то же время позицией 12 обозначено средство крепления участка 206.а выпускной трубы 206 к отверстию 802 выпускного патрубка 8 водяной смеси.
Поскольку упомянутые участки 206.а и 206.b трубы не испытывают механического напряжения за исключением напряжения под действием собственного веса, в одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения упомянутые средства фиксации 11 и/или 12 могут быть выполнены в виде быстрого защелочного соединения любой известной формы.
Вместе с тем, ничто не мешает использовать известные и эквивалентные средства соединения упомянутых отверстий 402 и 802 с выпускной трубой 206 горячей воды, такие как, например, резьбовые соединения, муфты, байонетные соединения, жесткие соединения или внутренние уплотнения.
После описанной фиксации на участках 206.а и 206.b упомянутой выпускной трубы 206 горячей воды термостатический смеситель 1 с нижней стороны вставляют в резервуар 201 водонагревателя 2 посредством резьбовой муфты 209, приваренной к самому резервуару 201.
По существу, ясно, что его внутренний диаметр может быть уменьшен по меньшей мере таким образом, чтобы входить в трубу диаметром % дюйма.
Таким образом, выпускная труба 206 горячей воды закреплена и зафиксирована относительно резервуара 201 водонагревателя с помощью изолирующей втулки 210 из пластика, которая посредством зацепления соединена с упомянутой резьбовой муфтой 209 (смотри фиг.3).
В то же время упомянутая изолирующая втулка 210 из пластика также обеспечивает уплотнение и электрическую изоляцию.
В любом случае соединение этого типа между металлической муфтой 209, приваренной к резервуару 201, и изолирующей втулкой 210 уже является широко распространенным.
Тем не менее ничто не мешает вставить термостатический смеситель 1 в резервуар 201 водонагревателя 2 альтернативными способами.
Например, возможно:
вставить снаружи первый участок 206.а выпускной трубы 206 горячей воды в резервуар 201 водонагревателя 2 посредством приваренной к нему резьбовой муфты 209, при этом упомянутый первый участок 206.а фиксируется за счет сцепления посредством изолирующей втулки 210 из пластика,
зафиксировать второй участок 206.b выпускной трубы 206 на отверстии 402 впускного патрубка 4 для подачи горячей воды термостатического смесителя 1,
вручную вставить термостатический смеситель 1 в резервуар 201 через отверстие водонагревателя 2, которое затем закрывают выступом 202,
зафиксировать отверстие 802 выпускного патрубка 8 для подачи водяной смеси термостатического смесителя 1 на упомянутом первом участке 206.а выпускной трубы 206.