ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревателям жидкости, и может быть использовано в бытовой технике, сельском хозяйстве, в сфере обслуживания и т.д.

Известны переносные погружные электроводонагреватели, в которых нагрев воды происходит с помощью резистивных трубчатых электронагревателей (ТЭНов) различной конструктивной формы и размеров [1] подключаемых непосредственно к сети (обычно 220 В).

Основными недостатками этих переносных погружных электроводонагревателей являются недостаточная электробезо- пасность из-за вероятности непосредственного контакта нагреваемой воды с греющим резистором, находящимся под напряжением сети, при появлении трещин в наружной оболочке ТЭНов или в результате его частичного разрушения при предшествующей работе без воды; недостаточная пожаробезопасность при аварийных режимах, возникающих, например, при работе таких электроводонагревателей без воды.

Кроме того, в этих переносных электроводонагревателях, основанных на использовании погружаемых ТЭНов, затруднена теплопередача к нагреваемой воде от раскаленного резистора через теплоизоляцию и наружную оболочку ТЭНа, и также затруднен теплообмен (в том числе за счет слабой естественной циркуляции) между нагреваемой водой и нагревательными элементами из-за относительно малой поверхности последних. В результате повышается тепловая инерционность этих электронагревателей.

Для снижения вероятности появления опасного электрического потенциала нагреваемой воды известны электроводонагреватели с тепловыделяющими резисторами, размещенными на поверхности полого диэлектрического нагревостойкого элемента (например, пластиковой трубки), по которому циркулирует нагреваемая вода [2] Однако в этом устройстве не исключаются аварийные режимы и появление напряжения сети при повреждении полых элементов, а также сохраняется пожароопасность при работе электронагревателя без воды.

Для защиты пользователя от возможного электрического поражения и возникновения пожара при аварийных перегревах (например, без воды) используются погружные электроводонагреватели, снабженные различными защитными устройствами, которые усложняют конструкции погружных электроводонагревателей и не устраняют основную причину возможных аварийных режимов высокую температуру греющего резистора (в основном, раскаленного в рабочем состоянии).

Используются также индукционные погружные электронагреватели с индуктором, размещенным внутри нагреваемой стальной оболочки. Функцию индуктора в этих устройствах выполняет тороидальная многовитковая катушка, подключаемая к сети переменного тока, которая помещается внутри аналогичной по форме герметичной ферромагнитной стальной оболочки, нагреваемой вихревыми токами при прохождении по ней переменного во времени магнитного потока, создаваемого первичной катушкой. Эти индукционные электроводонагреватели обладают повышенной электро- и пожаробезопасностью, так как их нагревательный элемент погружают в нагреваемую воду (стальная оболочка, во-первых, не имеет электрической связи с сетью питания и, во-вторых, в рабочем состоянии имеет температуру ниже температуры возгорания большинства окружающих предметов).

Однако эти электроводонагреватели имеют низкий коэффициент мощности (менее 0,5), занимают сравнительно большой объем в резервуаре с нагреваемой средой при малой интенсивности ее циркуляции и при их эксплуатации принципиально не исключена возможность проникновения воды в герметичную стальную оболочку в месте сочленения катушки индуктора с проводниками питания, что снижает электробезопасность этого погружного электродвигателя.

Известен также электроводонагреватель [3] принятый за прототип и предназначенный для нагрева жидкостей, который представляет собой систему индукционного типа и содержит корпус и теплообменник с входным и выходным патрубками, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, причем связь между первичной входной и вторичной выходной катушками обеспечена через замкнутый шихтованный магнитный сердечник. Вторичная катушка выполнена в виде короткозамкнутой полой трубки с патрубками для подачи и отвода жидкости. Подача жидкости производится с помощью насоса. Нагрев жидкости происходит при подаче тока в первичную катушку, наведении индукционного тока во вторичной катушке.

К недостаткам этого устройства относятся необходимость принудительной циркуляции жидкости для улучшения теплообмена, что усложняет устройство, приводя к снижению надежности и увеличению материалоемкости; невысокая интенсивность нагрева жидкости в связи с тем, что входной и выходной концы полой трубки, соединенные между собой планкой, имеющей высокую теплопроводность, имеют относительно небольшую разницу температур, что приводит к снижению интенсивности нагрева.

Анализ приведенного уровня техники в области электроводонагревателей (особенно переносных) свидетельствует о целесообразности создания электроводонаг- ревателей с высоким уровнем электробезопасности, более высокой надежностью, меньшей материалоемкостью и высокой интенсивностью нагрева.

Это достигается в предложенном электроводонагревателе, содержащем корпус и теплообменник по меньшей мере с одним входным и выходным патрубками, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, на шихтованном сердечнике которого установлена электрически изолированная от него первичная обмотка, подключаемая к сети, при этом вторичная обмотка выполнена в виде замкнутого трубчатого витка, выполненного из электропроводящего материала, и погружена в нагреваемую среду, а входной патрубок расположен ниже выходного.

На чертеже представлен предложенный электронагреватель с резервуаром и нагреваемой водой, продольный разрез.

Электроводонагреватель содержит корпус, выполненный из неэлектропроводящего материала (например, из пластмассы) и состоящий из двух частей верхней 1, не погружаемой в воду, и нижней погружной части 2, конструктивно связанных шихтованным сердечником 3 с корпусной изоляцией 4. В верхнюю монолитную часть 1 корпуса вмонтирован сердечник 3 трансформатора с первичной обмоткой 5, подключаемой к электрической сети (обычно 220 В с помощью электрического входа 6. В нижнюю погружаемую часть 2 корпуса вмонтирован теплообменник 7, являющийся вторичной обмоткой трансформатора, в виде трубчатого замкнутого витка из электропроводящего немагнитного материала, имеющего входной нижний 8 и выходной верхний 9 патрубки, позволяющие свободное движение (циркуляцию) нагреваемой воды в теплообменнике 7.

Для удобства переноса предлагаемого циркуляционного водонагревателя предусмотрена рукоятка 10, а для установки его в рабочее положение предусмотрено съемное основание 11 (или крышка), размещаемое сверху резервуара 12 с нагреваемой водой 13. Для усиления циркуляции предусматривается съемный шланг 14, надеваемый на входной патрубок 8.

Предлагаемый переносной циркуляционный электроводонагреватель функционирует следующим образом.

После установки электроводонагревателя с помощью съемного основания 11 на резервуаре 12 с нагреваемой водой таким образом, чтобы входной 8 и выходные 9 патрубки погружаемой части электронагревателя были под водой, он подключается к сети переменного тока с помощью электрического входа 6. При подключении первичной обмотки 5 трансформатора, вмонтированного в обе части 1 и 2 корпуса, в его шихтованном сердечнике 3 возникает переменный во времени магнитный поток, создающий в замкнутом трубчатом электропроводящем витке-теплообменнике 7 сравнительно большой ток (измеряемый сотнями ампер и более).

Под действием этого тока в теплообменнике 7 выделяется тепловая энергия и происходит интенсивный нагрев воды, находящейся в полых трубках, образующих этот теплообменник, с входным внизу и выходным вверху патрубками, погруженными в водную среду 13 резервуара 12. Благодаря вертикальному расположению продольных трубчатых сторон витка теплообменника 7 соответствующей длины и интенсивному нагреву содержащейся в нем воды горячая вода стремится в верхнюю часть теплообменника 7 и через выходные патрубки 9 выходит в водную среду 13, находящуюся в резервуаре 12, образуя тем самым подсос холодной воды из придонной части резервуара через съемный гибкий шланг 14 и входной патрубок 8. Таким образом, под влиянием электронагрева трубчатого витка теплообменника 7 током в контуре виток 7 выходные патрубки 9 водная среда 13 съемный шланг 14 входной патрубок 8 создаются циркуляция и одновременный подогрев воды в резервуаре 12, интенсивность которых зависит от мощности, выделяемой в витке-теплообменнике 7, и геометрии всех составляющих циркуляционного контура (при отсутствии съемного шланга 14).

Технический эффект предлагаемого переносного циркуляционного электроводонагревателя состоит в следующем.

Обеспечивается высокий уровень электробезопасности при эксплуатации предлагаемого переносного циркуляционного электроводонагревателя, так как появление опасного потенциала возможно только при одновременном пробое изоляции первичной обмотки 5 и двойного пробоя корпусной изоляции 4 в зоне первичной обмотки и в зоне витка-теплообменнника 7, что практически маловероятно. Величина же вторичного напряжения на витке-теплообменнике не превышает 0,5-1 В, что полностью удовлетворяет требованиям электробезопасности бытовой техники, ограничивающим величину напряжения прикосновения 2 В на частоте 50 Гц.

По сравнению с прототипом повышается надежность предлагаемого циркуляционного электроводонагревателя и снижается его материалоемкость, так как снижается число конструктивных элементов, обеспечивающих его функционирование, поскольку не требуется использование специальных средств (например, насоса и его привода) для организации принудительной циркуляции жидкости. В предлагаемом электроводонагревателе циркуляционный процесс обеспечивается естественным путем за счет разности температур на разных уровнях жидкости в резервуаре.

Кроме того, расширяется сфера применения предлагаемого электроводонагревателя, так как в результате решения его конструктивного исполнения при эксплуатации не требуется специального жесткого сопряжения электроводонагревателя и резервуара с нагреваемой водой, в качестве которого можно использовать традиционные водозаполняемые емкости ведра, кастрюли, баки, фляги, ванны и т.д.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревателям жидкости, и может быть использовано в быту, сфере обслуживания и т.д. Сущность: электроводонагреватель содержит корпус и теплообменник с входным и по крайней мере выходным патрубками, вмонтированный в корпус трансформатор с шихтованным сердечником, на котором в непогружаемой зоне установлена изолированная от него первичная обмотка, подключаемая к сети. Вторичная обмотка трансформатора является теплообменником, расположена в погружаемой зоне и представляет собой трубчатый виток, выполненный из электропроводящего материала, а его выходной патрубок расположен выше входного патрубка. Предложенный электроводонагреватель имеет высокий уровень электробезопасности, более высокую надежность и меньшую материалоемкость. 1 ил.

ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий корпус и теплообменник по меньшей мере с одним входным и выходным патрубками, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, на шихтованном сердечнике которого установлена электрически изолированная от него первичная обмотка, подключаемая к сети, при этом вторичная обмотка выполнена в виде замкнутого трубчатого витка, выполненного из электропроводящего материала, отличающийся тем, что вторичная обмотка погружена в нагреваемую среду, а входной патрубок расположен ниже выходного.