НАГРЕВАТЕЛЬ ВОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

НАГРКВАТЕЛЬ БОДш ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
Полезная модель относится к области систем электрического нагрева воды низкого давления, в частности, для бытовых нужд. Она также будет полезна для потребителей в местностях и строениях, где отсутствует централизованное снабжение горячей водой, но обеспеченных электрическими сетями.
Широко известны устройства для нагрева воды с помощью электричества, например, чайник электрический, в котором источником тепла использован трубчатый электронагреватель (ТЭН).
Известны также производственно-бытовые устройства, где в качестве нагревателя используется система: пара электродов - вода между ними (I. Паспорт на утюг фирмы ДУЕ, Тайвань). Здесь, в силу того, что природная вода является слабым электролитом с ионами растворенных в ней солей и оснований; ионы под действием приложенного напряжения движутся к электродам - возникает электрический ток, что обеспечивает нагрев воды. При этом, количество выделенной теплоты Q определяется известной формулой, выражающей закон Джоуля-Леща, Q  RIT, где R - сопротивление воды между электродами, I - ток, Т - время. Естественно, в деионизованной воде нагрева воды не будет и данное техническое решение распространяется на природную воду.
Нагреватель воды,, выбранный в качестве прототипа,содержит бак и систему электродов, выполненную в виде трубчато-стержневой конструкции коаксиально соединенных между собой изоляционными держателями (2. Инф.листок Р 18(273) Совета Промкооп.УССР, Киев, I960)
Главным недостатком прототипа являетсяего неизменная производительность - постоянный расход воды заданной температуры. Изменение расхода воды неизбежно ведет к изменению ее температуры, например, увеличение расхода ведет к большей скорости воды между электродами и, как следствие, к снижению температуры и наоборот. Кроме того, он ограничен работой только от трехфазной сети, т.е. в быту не применим.
Целью полезной модели является техническое решение по повышению стабильности температуры при изменении расхода воды и обеспечение работы нагревателя от двухфазной сети.
Техническое решение достигается тем, что в нагревателе воды электрическим, содержащим бак с входным и выходным штуцерами, систему электродов с клеммами подключения к электросети, система электродов выполнена из 2п-1 (п  2,3,4...) пластин, при этом, пластины противоположных потенциалов чередуются друг с другом, а краевые пластины подсоединены к одной клемме, в цепь которой последовательно включен регулятор максимально допустимой температуры, при этом,
МКИ Р 24 Н 1/20
К-пдастин (К 0,1,2...; но не более п/8) одного потенциала, выполнены из изолированных друг от друга частей суммарной площадью равной площади одиночной целиковой пластины и кагедая часть имеет самосто ятельный вывод, подключаемый к сетевой клемме через переключатель. Причем, входной штуцер расположен в нижней части бака, выходной штуцер - в его верхней части на противоположных сторонах бака, а их оси симметрии параллельны плоскостям пластин.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что оно отличается от известного тем, что рабочую площадь электродов меняют в соответствии с изменением расхода воды и, тем самым, обеспечивают неизменность заданной температуры в пределах: от температуры окружающей среды до максимальной, задаваемой регулятором температуры. Такая конструкция электродов и электрическая схема их соединения и включения позволяют установить расход Harf з ретой воды заданной температуры от капельного режима до максимально допустимого системой водопровода. Таким образом, заявляемый нагреватель воды электрический соответствует критерию новизна.
Тот факт, что в настоящее время изготовлено несколько модификаций макетов (по мощности, производительности и температурам) нагревателя воды, проведены их всесторонние испытания и ведется подготовка производства по серийному выпуску оптимального варианта, позволяет сделать вывод о его соответствии критерию промышленно применим.
На рис.1а) приведена электрическая схема нагревателя воды электрического. Здесь: I - бак для воды, 2 - входной штуцер с вентилем для воды, 3- выходной штуцер для вывода нагретой воды, 4,6,8 - пластины неразрезные равного потенциала; 5,5 7,77- платрины разрезные равного потенциала, но противоположного по знаку предыдущим пластинаж, 9,10 - перемычки, II - терморегулятор максимально допустимой температуре, 12 - переключатель, 13 - неоновая лампочка.
На рис.16) дана та же схема (без контуров бака), иллюстрирующая распределение электрических полей при разных положениях ключа переключателя 12. Кроме того, здесь терморегулятор II конкретной температуры 40°С и показана возможность применения дополнительного терморегулятора 14 на 60°С и переключатель 15 управляющий ими.
Работает нагреватель воды следующим образом. Переключатель 12 находится в положении О - устройство отключено. Через штуцер 2 в бак напускается вода, а затем, включается сеть 220 В переключателем 12, Уже на положении I его ключа К загорается неоновая лампа 13. Положение переключателя от I до 4 и положение перемычек 9 и 10 выбирается в зависимости от требуемой производительности горячей 4 с воды и ее температуры. Расвмотрим работу нагревателя воды последовательно от минимальной производительности и температуры до их максималного значения. 1.Перемычки 9 и 10 сняты, а ключ К переключателя 12 - на позиции I, т.е. к сети подключены только пластины 7 и 8. Вентиль штуцера 2 открыт и вода поступает в бак. При этом, возникает электрическое поле I (вериткальная, редкая штриховка, боковые эг фекты не показаны }. Понятно, что его энергия минимальна и нагрев воды мал. Но при минимальном ее расходе (например, 0,5-1,0 л/мин) температура достигнет 40-50°С за 5-6 мин. Увеличение расхода воды (до 2-3 л/мин) приведет к снижению температуры до 30-35°С. Переводом ключа К в положение 1,2 к сети подключается пластина  Объем электрического пяля удваивается (редкая, с левым наклоном штриховка 11/плюс предыдущее поле I) нагрев воды возрастет и для сохранения температуры -вступит в действие регулятор температуры II. 2.При необходимости увеличения расхода воды, такого, что температура воды будет ниже 40°С, включают перемычку 9. При этом возникнет электрическое поле в областях I и П, нагрев воды увеличится, температура воды достигнет более 40°С и вновь вступит в действие регулятор температуры II. 3.Еще большее количество расходуемой воды требует перевод ключа К на позиции 1,2,3 добавит объем электрического поля зоной ш{ в положении К на позиции 1,2,3 и 4 утроит электрическое поле (по сравнению с положением ключа К на поз.1,2). 4.Установка перемычки 10 увеличит общее электрическое поле 1-1У в 8 раз. При этом, конструкция и взаиморасположение пластин таково, что при отрутствии терморегулятора II температура воды могла бы возрасти до 85-90°С. Терморегулятор, согласно техническим условиям или требованиям потребителя может быть установлен на любой предел температуры -указанном диапазоне. Например, для бытовых нужд достаточен стандартный терморегулятрр ДРГ-А (или ДРТ-Б) на температуру 40°С, т.е. на выходе температура воды никогда не превысит 40 С. Для производств венных нужд могут устанавливаться регуляторы на 60 и/или 90°С. Очевидно, что в электрическую цепь могут быть включены последовательно нне сколько таких регуляторов, например, на 40 и 60°С, применив переключатель пределов максимальной температуры. На рис. 16) дан пример включения двух таких регуляторов - II и 14 с переключателем 15, позволяющий шунтировать либо один, либо другой терморегулятор. Соответственно, на выходе можно получать воду либо с максимальном температурой 40°С, либо 60°С. При указанном на схеме положении переключателя 15 максимальная температура будет 40°С.
Предлагаемая конструкция нагревателя с чередующимся взаиморасположением электродов, помимо указанного в цели преимущества, об ладает еще невколькими достоинствами. Во-первых, исходя из заданного числа пластин 2тД обеспечивается экономия материала пластин. Например, если в обычном 2-х пластинчатом нагревателе с расстоянием С между пластинами можно нагреть I литр водк, то добавив 3-ю пластину с таким же расстоянием метлу пластинами и с чередующимся подключением их к сети нагрев обеспечится уже двух литров, а экономия материала составит 30 по сравнению если бы применялись два самостоятельных пластинчатых нагревателя. При указанном на рис.1 числе пластин экономия будет почти 40. При дальнейшем увеличении п-пластинэкономия будет стремится к . Следствием этого является снижение габаритов и веса в 1,8-2 раза.
Во-вторых, чередующееся расположение пластин обеспечивает под ключение краемвых пластин к одной и той не клемме, сосредоточивая, тем самым, все электрическое поле в объеме между пластинами, чем повышается электробезопасность нагревателя.
В-третьих, коэффициент полезного действия предлагаемого нагревателя значительно выше известных, т.к. в зависимости от температуры окружающей среды его КПД равен 92-9756, а у нагревателей с ТЗН,ами он 65-86$ (З.Енохович А.С., Справочник по физике и технике, М.,1975, с.133).
В-четвертых, расположение штуцеров, входного - в нижней части, а входного - в верхней асти бака, создает более э-офективное, с точки зрения нагрева воды, протекание воды: холодная вода, подходя снизу выталкивает нагретую воду, таким образом, каждая порция воды обязательно проходит мимо всей площади пластин, получая наиболее полное количество теплоты.
- 4 ШОР