ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в устройствах электрического нагрева воды, предназначенных для обеспечения потребителя автономным источником горячей воды во время периодических или аварийных отключений от централизованного снабжения горячей водой, а также в тех случаях, когда горячее водоснабжение отсутствует.
Известны электроводонагреватели двух типов - проточные и накопительные. Проточные электроводонагреватели (см., например, патент РФ на изобретение №2008570, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1994, а также патент РФ на изобретение №2172900, кл. F 24 H 1/20, опубл. 2001) предназначены для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Они характеризуются высоким быстродействием при большом энергопотреблении.
Конструкции электроводонагревателей отличаются большим разнообразием и непрерывно совершенствуются. При конструировании электроводонагревателей разработчики сталкиваются с решением целого ряда проблем, таких как повышение экономичности, надежности, скорости нагрева воды, уменьшения материальных затрат, увеличения срока службы прибора и др. Среди этих проблем не последнее место занимает проблема уменьшения материальных затрат на изготовление, а, следовательно, и
стоимости электроводонагревателя при сохранении высокой надежности и долговечности работы прибора. Указанная проблема решается различными путями.
В настоящее время рабочие баки электроводонагревателей изготавливаются из эмалированной и нержавеющей стали, а также из композиционных материалов и пластмасс. Баки, изготовленные из нержавеющей стали, эффективно противостоят коррозии. Соединительные швы рабочих баков свариваются электронно-лучевой сваркой в вакуумном поле. Такая технология обеспечивает высокую коррозионную устойчивость сварных швов. Кроме того, в рабочие баки электроводонагревателей устанавливают специальные элементы - магниевые аноды, предназначенные для защиты стальных элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии. Однако в результате длительного использования анод сам подвергается коррозии, его работа становится неэффективной, сварные швы корродируют, что в свою очередь, может привести к протечке швов. Необходимо также подчеркнуть, что электроводонагреватели с баками, изготовленными из нержавеющей стали, характеризуются очень высокой стоимостью.
В настоящее время появились конструкции накопительных электроводонагревателей с пластиковыми рабочими баками, имеющими существенные преимущества по сравнению со стальными. Пластик обеспечивает высокие, не зависящие от времени гигиенические показатели
при контакте с водой. Отсутствие коррозии позволяет исключить специальные антикоррозионные покрытия, применяемые для стальных баков. Кроме того, отпадает необходимость в использовании защитных магниевых анодов.
В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим некоторые разновидности конструкций электроводонагревателей.
Известен бытовой водонагреватель (см. патент РФ на изобретение №2156409, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2000.09.20), предназначенный для нагрева воды в бытовых условиях, например, в ванной комнате или на кухне. Нагревательный элемент водонагревателя расположен в нижней боковой части теплоизолированного корпуса и снабжен устройством защитного отключения и электронным программирующим устройством с дополнительным датчиком температуры. Над нагревательным элементом расположен патрубок подвода холодной воды, снабженный обратным клапаном. Для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации конструкция водонагревателя дополнительно снабжена такими узлами, как воздухоудалитель, система водоподготовки и автоматическая насосная установка, что существенно усложняет конструкцию водонагревателя и увеличивает материальные затраты на его изготовление. Кроме того, в связи с тем, что корпус выполнен стальным, необходимы специальные антикоррозионные покрытия для предохранения стали от коррозии, что также следует отнести к недостаткам известного технического решения.
Более простым по конструкции является электроводонагреватель (см. патент РФ на изобретение №2191327, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2002.10.20), который может быть использован для нагрева воды в бытовых условиях. В электроводонагревателе нагревательный элемент размещен в установленном вертикально в корпусе колодце, имеющем выходное и, по меньшей мере, одно входное отверстие. Особенностью известного электроводонагревателя является то, что площадь поперечного сечения выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия. Это позволяет снизить затраты электроэнергии и времени путем нагрева не всего объема воды электроводонагревателя, а только заданного объема. Однако корпус известного электроводонагревателя, как и описанного выше бытового водонагревателя, выполнен из стали, а, следовательно, ему присущи все недостатки описанной выше конструкции, а именно: высокие материальные затраты на его изготовление, обусловленные тем, что корпус выполнен стальным и необходимы специальные меры для предохранения стали от коррозии.
Известен также бойлер, в конструкции которого использованы композиционные материалы (см. патент Германии №60105123Т, МПК F 24 H 1/18, опубл. 2005.09.01, аналог: ЕР 1254343). В нижней части рабочего бака установлены: нагревательный элемент, термостат и патрубок подачи холодной воды. Выпуск горячей воды из бака осуществляется патрубком выпуска горячей воды. Корпус бойлера 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. 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.
Однако, несмотря на несомненные достоинства описанного выше бойлера с рабочим баком из композиционных материалов, следует отметить присущие ему недостатки, а именно: сложность конструкции рабочего бака; технологические сложности, связанные с изготовлением специальных материалов, обеспечивающих высокое механическое сопротивление корпуса рабочего бака; большие материальные затраты, а, следовательно, и высокая стоимость электроводонагревателей, обусловленная описанными выше конструктивными и технологическими особенностями.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является электроводонагреватель (см. патент РФ №2193146, МПК F 24 H 1/18, опубл. 2002.11.20, приоритет Италии 1997.12.29, аналог: WO 99/34153), выбранный в качестве прототипа. Основной особенностью известного электроводонагревателя является то, что он выполнен из пластмассы, стойкой к относительно высоким давлениям. Электроводонагреватель (см. пункты 9 и 10 формулы) содержит основной корпус (рабочий бак), состоящий из двух полуоболочек, и электрический
нагревательный элемент. Полуоболочки сварены между собой с образованием тела, стойкого к температуре и давлению. Электроводонагреватель содержит также наружный корпус. В рабочий бак входят трубки, для ввода и вывода воды в электроводонагреватель и из него. Основной корпус (рабочий бак) окружен наружным кожухом, выполненным из термопластичного материала. Между рабочим баком и наружным кожухом расположен теплоизолирующий слой. Главной особенностью технического решения, выбранного в качестве прототипа, является совместимость и пригодность к повторному использованию материалов, из которых выполнены составляющие части электроводонагревателя. В частности, в патенте приводятся конкретные группы материалов, имеющих хорошую совместимость: для изготовления рабочего бака, содержащего две полуоболочки, который должен выдерживать температуру и давление; для изготовления наружного кожуха, который должен быть легким, дешевым и простым в изготовлении; а также для изолирующего слоя, расположенного между рабочим баком и наружным кожухом. Теплоизолирующий слой, который размещен между полуоболочками и наружным кожухом, может быть выполнен, например, из вспененного полистирола, совместимого с материалами, образующими рабочий бак (выполнен из смеси простого полифенилового эфира и полистирола, усиленной стекловолокном) и наружный кожух (полистирол с минеральными наполнителями). Такое выполнение водонагревателя обеспечивает высокое механическое
сопротивление и надежность в работе при высоком давлении, например, при рабочих давлений порядка 8 бар и температурах до 90-100°С.
Однако, несмотря на несомненные достоинства известного электроводонагревателя, следует отметить и недостатки, присущие анализируемому техническому решению. Недостатком известного электроводонагревателя является сложность конструкции рабочего бака, состоящего из двух полуоболочек. К недостаткам электроводонагревателя следует также отнести технологические сложности, связанные с изготовлением специальных материалов, обеспечивающих высокое механическое сопротивление основного корпуса, а также надежность наружного кожуха и теплоизолирующего слоя, размещенного между полуоболочками и наружным кожухом. Дополнительные сложности обусловлены также необходимостью совмещения материалов, из которых выполнены составляющие части электроводонагревателя, для того, чтобы обеспечить их пригодность к повторному использованию. Таким образом, для изготовления электроводонагревателя, выполненного в соответствии с анализируемым техническим решением, потребуются большие материальные затраты, а, следовательно, и стоимость прибора, обусловленная описанными выше причинами, будет также высокой.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и технологии изготовления электроводонагревателя при одновременном снижении материальных затрат на его изготовление.
Для достижения поставленной задачи предлагается электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит рабочий бак, наружный корпус и теплоизоляцию, расположенную между рабочим баком и наружным корпусом. Электроводонагреватель снабжен также патрубком подвода холодной воды и патрубком выпуска горячей воды. Внутри рабочего бака электроводонагревателя размещен электронагревательный элемент.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип электроводонагревателя, является то, что его рабочий бак выполнен, по меньшей мере, двухслойным. Внутренний слой рабочего бака выполняется из полимерных материалов, а его внешний слой изготавливается из стали.
Внутренний слой рабочего бака может быть выполнен, например, в виде покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность рабочего бака.
Наружный корпус электроводонагревателя может быть выполнен из металла.
Важнейшими задачами, поставленными при создании предлагаемой полезной модели, являются следующие:
- упрощение конструкции и технологии изготовления электроводонагревателя;
- снижение материальных затрат на его изготовление.
Выполнение указанных задач стало возможным благодаря следующему.
Существенное упрощение конструкции и технологии изготовления электроводонагревателя по сравнению с прототипом удалось осуществить за счет того, что рабочий бак электроводонагревателя выполнен многослойным (по меньшей мере, рабочий бак должен состоять из двух слоев: внутреннего и внешнего). Внутренний слой рабочего бака выполнен из полимерных материалов, а его внешний слой изготовлен из стали. При этом необходимо отметить следующее. Сталь, из которой изготавливается внешний слой рабочего бака, может быть выбрана самая дешевая, так как внешний слой не имеет контакта с водой, а, следовательно, не подвержен коррозии. Он надежно защищен внутренним слоем, выполненным из полимерных материалов.
Варианты технологии производства рабочего бака могут быть различными, так, например, внутренний слой рабочего бака может быть выполнен в виде покрытия, нанесенного на его внутреннюю поверхность (см. п.2 формулы).
Решению задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, способствует также выполнение наружного корпуса рабочего бака электроводонагревателя из металла, например, из самой дешевой стали, которая может быть окрашена порошковой эмалью для придания прибору эстетичного внешнего вида.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемого электроводонагревателя.
На фиг. изображен общий вид предлагаемого электроводонагревателя (осевой разрез).
Электроводонагреватель состоит из рабочего бака, предназначенного для нагрева и хранения воды и состоящего из двух слоев, внешнего и внутреннего. При этом слои выполняют следующие функции:
- внутренний эластичный полимерный слой обеспечивает надежную защиту от коррозии наружного слоя из стали и высокие экологические и гигиенические свойства воды, забираемой из ЭВН,
- внешний стальной слой обеспечивает необходимую механическую прочность при работе бака с высоким внутренним давлением воды (8 атмосфер).
Указанное разделение функций между слоями позволяет использовать для изготовления известные дешевые материалы, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить ее стоимость.
Внешний слой 1 рабочего бака выполнен из самой простой, дешевой стали, например, сталь 08-ПС ГОСТ 16523-97. Внутренний слой 2, предназначенный для непосредственного контакта с водой, является
продуктом передовых европейских технологий и выполнен из специальных полимерных материалов, обеспечивающих высокую пластичность покрытия, сочетающуюся с высокой адгезией к внешнему слою рабочего бака. Заложенные в полимерную массу высокие санитарные и экологические свойства гарантируют его гигиеническую безопасность. Внутренний слой 2 может быть ыполнен путем нанесения полимерного покрытия на внутреннюю металлическую поверхность рабочего бака методом ротационного формования, при котором полимерный материал в расплавленном или растворенном жидком виде вводится внутрь стальной оболочки рабочего бака и путем вращения бака в трех плоскостях под действием центробежных сил жидкий полимер равномерно растекается по стальной оболочке рабочего бака, образуя внутенний слой 2. Варьируя вязкостью жидкого полимера и скоростью ротационного формования можно получать полимерные слои необходимой толщины. После отвердевания расплавленной массы или испарения растворителя образуется твердый и эластичный внутренний слой рабочего бака.
К рабочему баку электроводонагревателя подведен патрубок 3 подвода холодной воды и патрубок 4 выпуска горячей воды. Внутри рабочего бака размещен электронагревательный элемент 5. Рабочий бак электроводонагревателя окружен наружным корпусом 6, изготовленным из стали и имеющим, в основном, декоративное эстетическое назначение. Объем между наружным корпусом 6 и рабочим баком заполнен
теплоизоляцией 7, выполненной из экологически чистого пенополиуретана.
Пенополиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности и является наиболее эффективным теплоизоляционным материалом.
Таким образом, предлагаемый электроводонагреватель, имеющий описанную выше многослойную конструкцию рабочего бака, обеспечивает по сравнению с прототипом существенное упрощение конструкции, технологии изготовления рабочего бака при невысоких материальных затратах на его изготовление.