УСТРОЙСТВО, СОСТОЯЩЕЕ ИЗ МОДУЛЬНЫХ ВИНТОВ, ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ
DEVICE CONSISTING OF MODULE SCREWS FOR ELECTRICAL INSULATION OF PIPES

Настоящее изобретение относится к защитному устройству, применимому для предотвращения передачи опасных электрических разрядов первым участком системы металлических труб второму смежному участку, более точно, для предотвращения передачи таких электрических разрядов электрическим водонагревателем с тепловым аккумулятором или мгновенным нагревом деталям, к которым имеет доступ пользователь.
Известно, что в электрических водонагревателях с тепловым аккумулятором для нагрева используют погруженные в воду электрические сопротивления, преимущественно состоящие из наружной металлической оболочки, внутренней резистивной нити и слоя диэлектрического материала, расположенного между оболочкой и нитью.
При повреждении наружной оболочки вода, находящаяся в емкости, вступает в контакт с резистивной нитью, в результате чего вода, а также все контактирующие с ней проводящие детали оказываются под напряжением.
Если как при конструировании изделия, так и при изготовлении электрической установки соблюдены правила безопасности, такое повреждение оболочки не приводит к возникновению опасных ситуаций. Помимо использования распределительной коробки по существу все металлические детали водонагревателя, а также электрическая установка имеют заземление.
Фактически часто случается, что электрическую установку по недосмотру не заземляют или, что еще хуже, в некоторых странах нейтральный и заземляющий провода трехфазной проводки совершенно случайным образом оказываются соединенными с выводами электрической розетки. В этом случае пользователь или монтажник может быть поражен электрическим током непосредственно через заземление водонагревателя, как только водонагреватель, даже если он не поврежден, подключат к электрической сети.
Конечно, для предотвращения такой ситуации существует очень простое средство: монтажник не должен подключать водонагреватель, если электрическая установка не отвечает требованиям, но в некоторых регионах или странах небезопасно полагаться на чувство ответственности монтажника.
В связи с этим защиту от такого весьма серьезного риска обеспечивают двумя способами, в основу которых положены различающиеся принципы; первый из них является активным, а второй пассивным.
В способе защиты активного типа используют электронные и электромеханические средства, и между электрической установкой водонагревателя и электрической розеткой помещают устройство, которое обнаруживает любые отклонения в электрической установке; в случае их обнаружения устройство препятствует электрическому соединению водонагревателя с электрической сетью.
Устройства данного типа не громоздки и преимущественно не меняют архитектуру водонагревателя, но их недостатком является возможность возникновения опасных ситуаций в случае их отказа.
С другой стороны, способ защиты пассивного типа обеспечивает полную электрическую изоляцию любой части водонагревателя, в контакт с которой может войти пользователь, и это делают двумя различными способами:
путем изоляции доступных металлических деталей: все обычно доступные металлические детали водонагревателя (например, корпус и стенные кронштейны) электрически изолируют от внутренних металлических деталей и воды,
путем изоляции водонагревателя от всех доступных пользователю труб с помощью пары приспособлений, далее именуемых водными изоляторами; водные изоляторы представляют собой устройства, расположенные между гидравлическими соединениями водонагревателя и соответствующими подающими и коллекторными трубами, за счет чего входящая и выходящая из водонагревателя вода протекает по каналу из электрически изолированного материала достаточной длины для предотвращения протекания токов опасной или в любом случае нежелательной величины через находящуюся внутри воду несмотря на ее электрическую проводимость.
Пример первого типа водного изолятора представлен в патенте US 5277171, который описывает энергосберегающее устройство для водонагревателя, обеспечивающее предотвращение потери тепла, вызванное конвекцией потоков. По отношению к сущности предложенного изобретения указанный документ раскрывает также водный изолятор, сделанный из одного элемента, который является диэлектрической изоляцией, обеспечивающей защиту водного нагревателя от электрических замыканий.
Похожее решение описано в патентном документе NL 9400990, в котором раскрыт изолятор жидкости из двух элементов: в частности, изолятор жидкости состоит в электрической изоляции соединения труб, имеющей два различных соединяющих средства, в целях обеспечения соединения двух различных типов резьб труб.
Водные изоляторы много лет используют во множестве электрических водонагревателей с мгновенным нагревом, в которых нагрев происходит посредством резистивных электрических нитей, непосредственно контактирующих с водой, но отсутствует передача тока за пределы водонагревателя по трубам, поскольку пути воды проходят выше и ниже по потоку электрических нитей, выполненных в виде спиралей в достаточно длинных каналах из пластика.
Используемый далее термин "путь воды" означает протяженность пути, который должен преодолеть электрический ток при заданном электрическом потенциале от первого проводящего элемента водонагревателя вдоль труб или каналов из изолирующего материала до второго проводящего элемента, отдельного от водонагревателя и который прямо или косвенно доступен пользователю при различном потенциале (в частности, потенциале земли).
Минимальная протяженность пути воды, при которой предотвращаются опасные или нежелательные электрические разряды, пропорциональна удельной электрической проводимости воды, величина которой может сильно варьировать в различных географических районах или странах в зависимости от количества веществ, растворенных в воде.
В качестве примера приведем удельную электрическую проводимость, измеренную в некоторых географических точках.
Место
Удельная проводимость (µс/см)
Центральная Италия
790
Калькутта
3500
Шанхай
700
Куаннам (Вьетнам)
65
Хайфон (Вьетнам)
4890
По указанным причинам водные изоляторы в течение ряда лет применяются в развивающихся странах в качестве защитных устройств.
Известно несколько их технических решений, но во всех преимущественно используют участки пластиковых труб, расположенные между водонагревателем и водопроводной сетью.
В некоторых случаях, например, как это показано на чертежах патента CN 1358971, такие трубы расположены внутри емкости водонагревателя.
В других случаях трубы расположены снаружи емкости в виде спиралей из гибких труб или обмоток из жестких труб и колен, необязательно защищенных обтекателями.
Недостатком конструкции с трубами внутри емкости является то, что протяженность пути воды предварительно задана при изготовлении, и необходимо учитывать наихудшие случаи или не принимать их во внимание, поскольку занимаемое трубами пространство слишком велико.
Другим серьезным недостатком является невозможность устранения каких-либо повреждений пластиковых труб, например, вследствие случайного перегрева емкости.
Что касается конструкции с трубами снаружи емкости, недостатком известных решений помимо внешнего вида, несомненно, является занимаемое пространство.
Общей задачей настоящего изобретения является по меньшей мере частичное устранение упомянутых выше недостатков.
Конкретной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов компактной формы с целью максимального уменьшения их общего объема относительно получаемой протяженности пути воды.
Дополнительной конкретной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов, в которых протяженность пути воды может легко меняться в зависимости от удельной электрической проводимости воды.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание водных изоляторов, обладающих эстетичным внешним видом.
Упомянутые задачи и дополнительные преимущества обеспечивают водный изолятор (1) для ограничения передачи тока через воду в трубах, в частности, для электрической изоляции электрических водонагревателей (11) с тепловым аккумулятором или мгновенным нагревом от водовпускных и водовыпускных труб (1104), имеющий изготовленный из электроизоляционного материала канал (8), в котором находится вода, достаточной длины для обеспечения желаемого ограничения протекания токов между двумя концами упомянутого канала (8) при различном электрическом потенциале, включающий пакет элементов (2, 3; 23; 4, 5; D) из изоляционного материала, начинающийся первым соединителем (2; 23) для соединения с трубой, в частности, с впускной или выпускной трубой (1102; 1103) упомянутого электрического водонагревателя (11), продолжающийся первым распределителем (3; 23) для распределения воды в последующий модульный элемент (4; 5) первого или второго типов, имеющий в качестве предпоследнего элемента второй распределитель (3; 23) для приема воды из предыдущего модульного элемента (4; 5) первого или второго типов, завершающийся вторым соединителем (2; 23) для соединения с дополнительными трубами (1104), при этом между упомянутым первым и вторым распределителями (3; 23) расположен по меньшей мере один модульный элемент (4; 5) первого или второго типов, все упомянутые элементы из изоляционного материала (2, 3; 23; 4, 5; D) имеют пересекающий их переход (802) по меньшей мере у части из них по меньшей мере на одной из двух поверхностей (Inf, Sup) выполнен канал (801), упомянутые переходы (802) и упомянутые каналы (801) расположены таким образом, что образуют непрерывный канал (8) от первого соединителя (2; 23) для соединения с упомянутым электрическим водонагревателем (11) или упомянутыми трубами до второго соединителя (2; 23) для соединения с дополнительными трубами (1104), и предусмотрено уплотняющее средство (D; 9, 10), предотвращающее утечку воды и распространение электрических разрядов из любой секции канала (8) за пределы водного изолятора (1) или в другие секции канала (8).
При этом уплотняющими средствами (D; 9,19) являются уплотнения, стянутые особыми соединительными тягами, для предотвращения утечки используют соответствующие герметизирующие мастики, или ультразвуковую сварку следующих друг за другом поверхностей (hif. Sup).
Упомянутый первый/второй соединитель (2; 23) и упомянутый первый/второй распределитель (3; 23) выполнены в виде единого первого/второго соединителя-распределителя (23).
Упомянутые каналы (801) имеют криволинейную конфигурацию, обеспечивая максимальную длину канала на поверхностях (Inf, Sup), на которых они выполнены, или зигзагообразную конфигурацию или спиральную конфигурацию.
По меньшей мере одна секция упомянутого канала (8) образована каналом (801), выполненным на поверхности (hif, Sup) элемента из изоляционного материала (2, 3; 23; 4, 5), и плоскостью поверхности (Sup, Inf) следующего в пакете упомянутого элемента из изоляционного материала (2, 3; 23; 4, 5, D).
Упомянутой плоскостью поверхности (Sup, hif) является плоскость поверхности элемента из изоляционного материала, который действует как мембрана (D).
Упомянутым элементом из изоляционного материала, который действует как мембрана (D), является плоское уплотнение из эластичного материала.
По меньшей мере, одна секция упомянутого канала (8) образована двумя каналами (801), выполненными на поверхностях (Inf, Sup) двух следующих один за другим элементов из изоляционного материала (2, 3; 23; 4, 5).
Сопротивление протеканию тока по каналу (8) может быть по желанию изменено путем последовательного размещения достаточного числа модульных элементов (4) первого типа, чередующихся с модульными элементами (5) второго типа.
Упомянутые модульные элементы (5) второго типа получают путем переворота и/или поворота модульных элементов (4) первого типа.
Преложен также электрический водонагреватель (11) с тепловым аккумулятором или мгновенным нагревом, в котором применяется, по меньшей мере, один водный изолятор (1) по любому из предшествующих пунктов.
Водный изолятор описывается далее на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи и в приложенной формуле изобретения, которые являются неотъемлемой частью самого описания.
На фиг.1 показан схематический вид в разрезе водного изолятора согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, элементы которого сначала показаны в раздельном, а затем в собранном виде,
на фиг.2 показан схематический вид в разрезе водного изолятора согласно другому возможному варианту осуществления изобретения,
на фиг.3 показан схематический вид нижних и верхних поверхностей некоторых из концевых и модульных элементов, используемых в водном изоляторе согласно возможным вариантам осуществления изобретения,
на фиг.4 показан схематический вид нижних и верхних поверхностей некоторых из концевых и модульных элементов, используемых в водном изоляторе согласно другому возможному варианту осуществления изобретения,
на фиг.5 показан схематический вид нижних и верхних поверхностей некоторых из концевых и модульных элементов, используемых в водном изоляторе согласно дополнительному возможному варианту осуществления изобретения,
на фиг.6 показаны концевые и модульные элементы, сначала в раздельном, а затем в собранном виде, используемые в водном изоляторе согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения,
на фиг.7 показан вид спереди нижней поверхности первого модульного элемента, используемого в водном изоляторе, показанном на фиг.6,
на фиг.8 показан вид спереди верхней поверхности упомянутого первого модульного элемента, используемого в водном изоляторе, показанном на фиг.6,
на фиг.9 показан вид спереди нижней поверхности второго модульного элемента, используемого в водном изоляторе, показанном на фиг.6,
на фиг.10 показан вид спереди верхней поверхности упомянутого второго модульного элемента, используемого в водном изоляторе, показанном на фиг.6,
на фиг.11 показан перспективный вид в разрезе водного изолятора, проиллюстрированного на фиг.6,
на фиг.12 показан вид в разрезе одной из деталей возможного соединения друг с другом элементов, используемых в водном изоляторе согласно изобретению, которые сначала показаны в раздельном, а затем в собранном виде,
на фиг.13 показан вид в разрезе водонагревателя с двумя водными изоляторами согласно изобретению, установленными на входе и выходе воды,
Из краткого описания чертежей следует, что водный изолятор согласно изобретению отличается тем, что:
имеет пакет элементов из изоляционного материала, между противолежащими поверхностями которых проходят криволинейные каналы для потока воды,
некоторые из упомянутых элементов из изоляционного материала являются модульными и их число можно по желанию неоднократно увеличивать с целью регулирования длительности пути воды в зависимости от требуемого электрического сопротивления.
На фиг.1 и 2 проиллюстрированы два варианта осуществления водного изолятора 1, имеющего пакет из множества элементов 2, 3, 4, 5.
В частности, показан первый соединитель 2, имеющий средство 201 для гидравлического соединения с водонагревателем или трубами. Верхняя поверхность Sup упомянутого соединителя 2 соприкасается с нижней поверхностью Inf первого распределителя 3, чья верхняя поверхность Sup в свою очередь соприкасается с нижней поверхностью Inf модульного элемента 4 первого типа, который соответственно имеет верхнюю поверхность Sup, соприкасающуюся с нижней поверхностью Inf модульного элемента 5 второго типа, поверх которого, даже если это и не показано на чертежах, в свою очередь снова может быть расположен модульный элемент 4 первого типа, а над ним еще один модульный элемент 5 второго типа и так далее до конца гидравлического трубного соединения со вторым распределителем 3 и вторым соединителем 2.
Следует отметить, что термины "верхний" и "нижний", а также обозначения "Inf" и "Sup" относятся только к положению, в котором представлены поверхности элементов 2, 3, 4, 5 на некоторых из приложенных чертежей, и не имеют отношения к действительному расположению описанных элементов.
Каждый элемент 2, 3, 4, 5 упомянутого пакета имеет канал 801, проходящий по меньшей мере по одной из его поверхностей, и переход 802, который проходит в поперечном направлении по всей длине каждого элемента 2, 3, 4, 5 и расположен таким образом, чтобы обеспечивать сообщение второго конца первого канала 801 на поверхности упомянутого элемента 2, 3, 4, 5, и первого конца второго канала 801 на другой поверхности элемента 2, 3, 4, 5.
То, что на одной из поверхностей универсального элемента 2, 3, 4, 5 выполнены каналы 801, не означает, что на поверхности обязательно выполнены каналы. В действительности упомянутые каналы 801 могут быть выполнены на одной поверхности (смотри фиг.2) или на обеих поверхностях (смотри фиг.1) упомянутых элементов 2, 3, 4, 5, но при выполнении каналов на обеих поверхностях каналы на двух соприкасающихся поверхностях имеют совпадающую форму.
По существу, элементы 2, 3, 4, 5, имеющие каналы 801, могут чередоваться с мембранами D (не показаны) без каналов каналы 801 при условии, что упомянутые мембраны D имеют по меньшей мере один переход 802, служащий для обеспечения описанных выше соединений.
Мембрана D может быть выполнена, например, в виде плоского уплотнения из эластичного материала, рассчитанного на разделение двух каналов 801 двух элементов 2, 3, 4, 5, между которыми зажата мембрана D, при этом сообщение упомянутых каналов 810 обеспечивает только переход 802, которым они снабжены.
В результате такого сочетания элементов элементы 2, 3, 4, 5 и необязательно мембран D водный изолятор 1 пересекает криволинейный непрерывный канал 8, который начинается у перехода 802 первого соединителя 2 и заканчивается у перехода 802 второго соединителя 2.
Такой канал 8 компактно проходит через элементы 2, 3, 4, 5 и, кроме того, позволяет по желанию регулировать протяженность пути воды путем использования необходимого числа модульных элементов 4 и 5 первого и второго типов.
Предпочтительными являются варианты осуществления, в которых предусмотрены каналы 801, выполненные на обеих поверхностях элементов 2, 3, 4, 5 и обращенные друг к другу парами, поскольку при этом получают каналы 8 круглого сечения, уменьшающие нагрузочные потери при равном сечении переходов.
На фиг.3, 4 и 5 в последовательности слева направо с разделением штрихпунктирной линией схематически показаны нижняя поверхность Inf и верхняя поверхность Sup возможных элементов 2, 3, 4 и 5, которые для простоты графического представления показаны прямоугольной формы в плане.
На чертежах каждая верхняя поверхность Sup показана при перевернутом положении каждого элемента 2, 3, 4, 5 в соответствии с упомянутыми штрихпунктирными линиями.
Каждая боковая поверхность элементов 2, 3, 4 и 5 обозначена буквами А, В, С и D; при этом для формирования пакета помещают поверхности, обозначенные одинаковой буквой А, В, С и D на одну сторону пакета. Разумеется, нижняя поверхность Inf каждого элемента 2, 3, 4, и 5 относительно любой стороны А, В, С и D имеет канал 801, являющийся зеркальным отображением канала на верхней поверхности Sup предыдущего элемента 2, 3, 4 и 5 пакета.
Как ясно видно на фиг.3 и 4, упомянутые модульные элементы 4 и 5 первого и второго типов могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.
Как показано на фиг.4, упомянутые модульные элементы 4 и 5 первого и второго типов имеет спиральные каналы 801 с переходами 802 попеременно на периферии и по центру модульных элементов, и по меньшей мере по этой причине они отличаются друг от друга, тогда как на фиг.3 показаны модульные элементы 4 и 5 первого и второго типов со спиральными каналами 801 и переходами 802, всегда расположенными в одинаковом положении, и можно заметить, что модульный элемент 5 второго типа может представлять собой модульный элемент 4 первого типа, повернутый на 180°.
Тем не менее, поскольку каналы 8 спиральной формы обеспечивают уменьшение нагрузочных потерь при равной длине по сравнению с зигзагообразными каналами, они являются предпочтительными, даже если для этого необходимы два модульных элемента 4 и 5, отличающихся друг от друга.
На фиг.5 проиллюстрирована другая возможная группа вариантов осуществления изобретения, в которых единый соединитель-распределитель 23 выполняет функции, которые в предыдущих примерах по отдельности выполняют соединители 2 и распределители 3.
Соединители 2 и распределители 3 или соединители-распределители 23, расположенные на конце водного изолятора 1, могут быть идентичными или отличаться от расположенных на другом конце в зависимости от формы обращенных к ним модульных элементов 4 и 5 первого и второго типов.
Разумеется, упомянутые средства 201 для гидравлического соединения с водонагревателем или металлическими трубами, которые имеют соединители 2 и соединители-распределители 23, могут быть без исключения выполнены в виде охватываемых или охватывающих резьбой впусков.
На фиг.6-11 проиллюстрирован возможный практический вариант осуществления водного изолятора 1 со спиральными каналами 8. Используются те же позиции, которые уже использованы на предыдущих чертежах.
Ясно, что элементы 2, 3, 4 и 5 (23, если каналы 8 имеют спиральную форму), предпочтительно имеют форму круга в плане.
Существенной особенностью водного изолятора 1 является то, что отдельные секции каналов 8 полностью изолированы от внешней среды, а также от других смежных секций канала 8, поскольку в противном случае при утечке воды произойдет замыкание с риском опасных электрических разрядов.
Каналы 801, как и секции канала 8, также могут быть также изолированы различными способами также в зависимости от материала, используемого для таких элементов 2, 3, 4, 5, 23, которым в любом случае предпочтительно является термопластичный материал с соответствующими механическими и термическими свойствами, например, полиамид, на 30-40% наполненный стекловолокном.
В качестве первого уплотняющего средства могут использоваться резиновые уплотнения соответствующей формы, например, уже упомянутые мембраны D, расположенные между каждой нижней поверхностью Inf и соответствующей верхней поверхностью Sup.
В качестве второго уплотняющего средства используют герметизирующие мастики.
Разумеется, для применения таких средств необходимо, чтобы отдельные элементы 2, 3, 4, 5, 23 были стянуты друг с другом соединительными тягами, не показанными на чертежах.
В любом случае предпочтительным средством является ультразвуковая сварка каждого элемента 2, 3, 4, 5, 23 со следующим элементом, что обеспечивает высокую надежность с точки зрения целостности уплотнения и прочности на разрыв.
На фиг.12 проиллюстрирована деталь соединения между двумя универсальными идущими подряд элементами 2, 3, 4, 5, 23 до и после ультразвуковой сварки; при этом на верхней поверхности Sup первого элемента 2, 3, 4, 5 или 23 выполнена канавка 9, проходящая вблизи всех краев каналов 801, а на нижней поверхности Inf других элементов 2, 3, 4, 5 или 23 выполнено ребро 10, которое входит в упомянутую канавку 9.
Ребро 10 завершается острым краем 1001, который во время ультразвуковой сварки известным способом прижимают к дну 901 канавки 9, инициируя местное плавление за счет сварки, после чего он заполняет и укупоривает канавку 9.
На фиг.13 проиллюстрирован электрический водонагреватель 11 с тепловым аккумулятором, в котором для нагрева используют электрическое сопротивление 1101, а холодная вода поступает по трубе 1102 и выходит по трубе 1103. Оба наружных конца упомянутых труб 1102 и 1103 соединены с водопроводной сетью 1104 двумя водными изоляторами 1.
Водный изолятор 1 описан в качестве устройства для защиты от электрических разрядов для применения в электрических водонагревателях 11 с тепловым аккумулятором, но он также может использоваться в электрических водонагревателях 11 с мгновенным нагревом и, в целом, везде, где необходимо предотвращать риск передачи через воду и/или металлические трубы электрических токов опасной или в любом случае вредной интенсивности (например, вызывающих явления коррозии) путем его помещения между двумя секциями упомянутых систем металлических труб.