КОМБИНИРОВАННЫЙ ВОДО- И ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F24H6/00 

Изобретение относится к энергетике, санитарной технике и отопительно-вентиляционным системам и может быть использовано в различных водогрейных, отопительных и вентиляционных устройствах и в устройствах для увлажнения, осушки и охлаждения воздуха.

Известен аккумуляционный нагревательный прибор для нагрева воды, оборудованный внутренней емкостью для предотвращения распространения тепла, передаваемого нагревательным элементом, по всему баку в начале процесса нагревания. Он содержит нагревательный элемент, окруженный оболочкой, образующей емкость с объемом, меньшим объема прибора, причем на наружной поверхности этой оболочки имеется слой теплоизоляции; данная емкость соединена отверстиями с верхней и нижней частями прибора, при этом весь комплекс расположен таким образом, что вода из этой нижней части поступает в емкость, где нагревается, а затем выводится в верхнюю часть прибора, отличающегося тем, что управление нагреванием ставится в переменную зависимость от термостата, фиксирующего температуру воды, находящейся внизу прибора и прекращающего нагревание, когда весь объем воды в приборе достигнет некоторой температуры, либо от термостата, фиксирующего температуру воды, находящейся рядом с верхней частью прибора, и прекращающего нагрев в случае достижения заданной температуры [1]
Данный нагревательный прибор может работать только при наличии водопровода и отборе нагретой воды в верхней части корпуса и имеет значительные габариты и вес.

Известен способ нагрева воды для технического потребления и для подпитки теплообменников, в соответствии с которым накапливается жидкость, нагреваемая электроэнергией по низким тарифам для создания запаса горячей воды технического потребления, отличающейся тем, что обеспечивается передача накопленного в запаснике тепла в емкость, заполненную средой, предназначенной для подпитки теплообменников, и использование остатков теплоты в указанном запаснике после частичного использования содержащейся в нем горячей воды для поддержания температуры среды для подпитки теплообменников на достаточном уровне и в дополнительном в случае необходимости нагреве среды. Установка для реализации способа состоит из бака большого объема для распределения технической воды, в котором находятся электрические нагревательные элементы и емкость небольшого объема, внутри которой также находится нагревательный элемент [2]
Недостатками данного устройства являются большие габариты и вес, а также запаздывание нагрева воды во внутренней емкости небольшого объема по сравнению с нагревом основной части воды в корпусе большого объема в результате передачи основного количества тепла через разделяющую их металлическую стенку.

Известны устройства для нагрева воздуха (калориферы), применяемые в приточных системах вентиляции, системах кондиционирования воздуха, воздушного отопления, а также в сушильных установках, которые подразделяются на гладкотрубные и ребристые [3]
Недостатки гладкотрубных калориферов это нагрев небольшого количества воздуха и малая степень его нагрева, а недостаток ребристых калориферов - трудность очистки от загрязнения теплообменных поверхностей. В настоящее время наибольшее распространение имеют калориферы, в которых теплоносителем являются пар или горячая вода, поэтому такие калориферы могут применяться только в местах, куда подведены соответствующие трубопроводы тепловых сетей. Поэтому калориферы редко используются для обеспечения заданного микроклимата в жилых зданиях, а в ряде случаев, когда они по технико-экономическим показателям уступают другим устройствам для нагрева воздуха, их не применяют и в административных, промышленных и других зданиях.

Известен электроводонагреватель, содержащий теплоизолированный корпус со съемной крышкой, подводящим и отводящим патрубками и размещенными в его полости один над другим соответственно съемным стаканом и нагревательным элементом, причем стакан снабжен вертикальными перегородками, а его днище выполнено перфорированным [4]
Недостатком известного устройства является необходимость дополнительного расхода металла для изготовления съемного стакана с вертикальными перегородками для увеличения активной поверхности и обеспечения отложения на нем значительного количества накипи и снижения в результате этого толщины отложений на стенке корпуса, нагревательном элементе и т.д. а также необходимость установки средств для его крепления внутри корпуса и недостаточная компактность устройства.

Известен насосный тепловой водонагреватель, соединенный с холодильником, содержащий бак, окруженный теплоизоляционным слоем, в нижней части которого расположен нагревательный элемент теплового насоса, соединенный с холодильником, а также приспособление для передачи энергии воздуху, который может в случае необходимости пропускаться по каналу, расположенному между наружной поверхностью бака и внутренней поверхностью наружного кожуха водонагревателя. Бак водонагревателя сборный и состоит из двух частей, к каждой из которых присоединено по одной трубе для подвода или отвода заполняющей бак воды, а движение воздуха в расположенном внутри кожуха водонагревателя канале регулируется установленным в нем вентилятором, дроссельной заслонкой и крышкой, предназначенной для перекрытия отверстия канала в верхней части наружного кожуха [5]
Недостатками данного устройства являются:
низкая эффективность нагрева воздуха при контакте с наружной поверхностью бака из-за малой площади контакта между ними и отсутствия оребрения;
невозможность работы только в емкостном режиме при полном заполнении бака водой;
возможность быстрого образования накипи на поверхности нагревательного элемента;
значительные габариты и вес;
размещение разъемного соединения бака под слоем теплоизоляции затрудняет его разборку.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является комбинированный водо- и воздухонагреватель, содержащий бак, кожух, теплоизоляцию, средства нагрева среды, системы подвода холодной воды и отвода воздуха и средства дополнительного нагрева среды, где бак выполнен составным из трех емкостей: наружной, внутренней и промежуточной, причем последняя имеет форму усеченного конуса, со съемным меньшим основанием, на котором закреплена внутренняя емкость.

Средства дополнительного нагрева выполнены в виде плоского элемента, закрепленного в месте соединения промежуточной и внутренней емкостей, и оребрения на наружных поверхностях последних.

При работе на газообразном, жидком или твердом топливе средства нагрева среды размещены под баком. Большее основание промежуточной емкости закрыто крышкой, снабженной патрубками для подвода и отвода среды, а система отвода воздуха выполнена в виде вентилятора с воздуховодом и установлена между баком и кожухом.

Недостатками данного прототипа являются:
недостаточная эффективность нагрева воды для системы горячего водоснабжения в проточном режиме при размещении внутренней и промежуточной емкостей внутри наружной;
зависимость температуры используемой потребителем горячей воды от ее расхода при проточном режиме.

Указанные недостатки устраняются в предлагаемом комбинированном водо- и воздухонагревателе, содержащем бак, состоящий из наружной, внутренней и промежуточной емкостей, кожух, средства нагрева среды, системы подвода холодной воды и отвода воздуха, патрубки для подвода воды в промежуточную емкость и отвода из нее. Нагревательные элементы установлены в наружной емкости и в промежуточной, причем нагревательный элемент в промежуточной емкости выполнен с возможностью переустановки его во внутреннюю емкость.

В нижней части кожуха размещен теплоизолирующий щиток.

Патрубок для подвода воды в промежуточную емкость выполнен составным, причем нижняя часть его съемная для присоединения трубки, подводящей воду в промежуточную или внутреннюю емкости.

На фиг. 1 изображен комбинированный водо- и воздухонагреватель при размещении внутренней и промежуточной емкостей внутри наружной емкости в режиме нагрева воды для системы отопления и горячего водоснабжения в проточном режиме; на фиг.2 то же при размещении внутренней и промежуточной емкостей над наружной емкостью в режиме нагрева воды для системы отопления; на фиг.3 - то же при размещении внутренней и промежуточной емкостей внутри наружной емкости в режиме нагрева воды для системы горячего водоснабжения с наружным баком-аккумулятором большой вместимости и для системы отопления.

В предлагаемом комбинированном водо- и воздухонагревателе бак выполнен сборным и состоит из наружной емкости 1, внутренней емкости 2 и промежуточной емкости 3.

Наружная емкость 1 имеет нижний патрубок 4, служащий для заполнения бака водой из водопровода или внешнего резервуара или для присоединения обратной магистрали местной системы отопления, а также верхний патрубок 5, служащий для присоединения подающей магистрали местной системы отопления.

Внутренняя емкость 2 имеет два патрубка на одной боковой стенке верхний 6 и нижний 7, а на другой боковой стенке в верхней ее части имеются отверстия 8 для установки нагревательного элемента, которые загерметизированы колпачком 9 при установке внутренней емкости 2 внутри наружной емкости 1.

Промежуточная емкость 3 снабжена крышкой 10 с патрубком 11 для подвода холодной воды и с патрубком 12 для отвода нагретой воды.

В наружной емкости 1 установлены два нагревательных элемента 13 и 14, размещенные в узких вертикальных полостях между боковыми стенками наружной и внутренней емкостей при установке внутренней 2 и промежуточной 3 емкостей в наружной емкости 1 (фиг.1). В промежуточной емкости 3 размещен нагревательный элемент 15, который может быть переустановлен в отверстия 8 внутренней емкости 2 при размещении ее и промежуточной емкости 3 над наружной емкостью 1 (фиг.2). Нижняя часть патрубка 11 подвода холодной воды выполнена съемной в виде изогнутой трубки 16, размещенной в промежуточной емкости 3. Трубка 16 изогнута в направлении противоположном месту размещения патрубка 12, служащего для отвода нагретой воды.

К нижней торцевой поверхности кожуха 17 прикреплен ножками 18 теплоизолирующий щиток 19. В результате образования воздушного зазора между наружными поверхностями наружной емкости, внутренними поверхностями кожуха 17 и щитка 19 значительно уменьшаются теплопотери комбинированного водо- и воздухонагревателя в окружающую среду и уменьшается расход электроэнергии для поддержания заданной температуры воды в нем в течение длительного времени.

Местная система отопления 20 присоединяется обратной магистралью 21 к нижнему патрубку 4 наружной емкости 1, а подающей магистралью 22 к верхнему патрубку 5 наружной емкости 1 (фиг.1) при размещении внутренней и промежуточной емкостей внутри наружной емкости.

Система горячего водоснабжения в проточном режиме состоит из водопровода 23, смесителя 24, вентиля 25, регулирующего расход нагретой воды, трубопровода 26 холодной воды, присоединенного к патрубку 11 промежуточной емкости и смесителю 24, и трубопровода 27 нагретой воды, присоединенного к патрубку 12 промежуточной емкости и смесителю 24 (фиг.1). Вентильная головка 28 смесителя 24 служит для разбавления холодной водой нагретой воды. При этом между внутренней 2 и промежуточной 3 емкостями установлена отделяющая их друг от друга перегородка 29.

При размещении внутренней и промежуточной емкостей над наружной емкостью в режиме нагрева воды для местной системы отопления (фиг.2) подающая магистраль 22 системы отопления 20 присоединяется к патрубку 7 внутренней емкости. При этом незадействованные патрубок 5 наружной емкости и патрубок 6 внутренней емкости заглушаются пробками 30. Пробками 30 заглушаются также патрубки 6 и 7 внутренней емкости при размещении внутренней и промежуточной емкостей внутри наружной емкости в режиме нагрева воды для системы горячего водоснабжения с наружным баком-аккумулятором большой вместимости и для системы отопления (фиг.3).

Система горячего водоснабжения с наружным баком-аккумулятором большой вместимости (фиг. 3) состоит из бака-аккумулятора 31, заключенного в теплоизоляцию 32 и имеющего переливную трубу 33. Бак-аккумулятор обратным трубопроводом 34 соединен с патрубком 11 для подвода холодной воды в промежуточную емкость, нижняя съемная часть которого выполнена в виде прямой трубки 35, нижний конец которой размещен в нижней части внутренней емкости, причем перегородка 29 удалена, а подающим трубопроводом 36, заключенным в теплоизоляцию 37, бак-аккумулятор соединен с патрубком для отвода нагретой воды 12. Через вентиль 38, предназначенный для заполнения системы горячего водоснабжения с баком-аккумулятором холодной водой, трубопровод 34 соединен с водопроводом, к которому присоединен смеситель 39, который также трубопроводом 40 присоединен к сливному отверстию бака-аккумулятора. Вентильная головка 41 смесителя служит для регулирования расхода нагретой воды, вытекающей из бака-аккумулятора, а вентильная головка 42 служит для обеспечения разбавления нагретой воды холодной водой из водопровода.

Работа комбинированного водо- и воздухонагревателя происходит следующим образом.

Нагрев воды для системы отопления и горячего водоснабжения в проточном режиме.

При данном режиме работы к комбинированному водо- и воздухонагревателю присоединены местная система отопления и система горячего водоснабжения, как показано на фиг.1. После заполнения наружной емкости 1 и системы отопления 20 водой из водопровода включают нагревательные элементы 13 и 14. Нагретая вода начинает циркулировать в системе отопления, проходит по подающей магистрали 22 и подающим трубопроводам, поступает в отопительные приборы и по обратным трубопроводам и обратной магистрали 21 возвращается в наружную емкость 1 для повторного нагрева.

Одновременно с режимом отопления возможен режим горячего водоснабжения. Для этого открывают вентиль 25 и устанавливают необходимый расход вытекающей воды. После этого включают нагревательный элемент 15, нагревающий протекающую через промежуточную емкость 3 воду. Одновременно дополнительный нагрев протекающей воды происходит в результате передачи тепла к ней через стенки промежуточной емкости 3 и перегородку 29 от находящейся в наружной емкости 1 и в присоединенной к ней системе отопления 20 нагретой воды.

Нагрев воды для местной системы отопления.

При данном режиме работы к комбинированному водо- и воздухонагревателю в компоновке с размещением внутренней и промежуточной емкостей над наружной емкостью присоединена местная система отопления 20, как показано на фиг.2. Перегородка 29 (фиг. 1), отделяющая внутреннюю емкость 2 от промежуточной емкости 3, удалена. Патрубки 5 и 6 заглушены пробками 30, а к патрубкам 4 и 7 подключена система отопления 20. После заполнения емкости с увеличенной вместимостью и системы отопления водой из водопровода включают нагревательные элементы 13 15. Нагретая вода начинает циркулировать в системе отопления, проходя по подающей магистрали 22 и по подающим трубопроводам, поступает в отопительные приборы, а затем по обратным трубопроводам и обратной магистрали 21 возвращается в комбинированный водо- и воздухонагреватель для повторного нагрева. В случае если теплоизолирующий щиток 19 удален, поток воздуха снизу попадет в пространство между внутренней поверхностью кожуха 17 и наружной поверхностью емкости 1, нагревается в нем и поступает в помещение, где установлен комбинированный водо- и воздухонагреватель, одновременно отапливая это помещение.

Нагрев воды для местной системы отопления и для системы горячего водоснабжения с наружным баком-аккумулятором большой вместимости.

При данном режиме работы к комбинированному водо- и воздухонагревателю присоединены местная система отопления и система горячего водоснабжения с наружным баком-аккумулятором большой вместимости, как показано на фиг.3. Патрубки 6 и 7 внутренней емкости 2 заглушены пробками 30, к патрубку 11 для подвода холодной воды прикреплена нижняя съемная часть, выполненная в виде прямой трубки 35, нижний конец которой находится в нижней части внутренней емкости 2, причем перегородка 29, размещаемая между внутренней 2 и промежуточной 3 емкостями (фиг.1), удалена. После заполнения наружной емкости 1 и системы отопления 20 водой из водопровода 23 включают нагревательные элементы 13 и 14. Нагретая вода начинает циркулировать в системе отопления 20, проходя по подающей магистрали 22, подающим трубопроводам, поступает в отопительные приборы и по обратным трубопроводам и обратной магистрали 21 возвращается в наружную емкость 1 для повторного нагрева. Для нагрева воды в системе горячего водоснабжения эту систему сначала заполняют холодной водой, открыв вентиль 38 до начала вытекания воды из переливной трубы 33. После этого вентиль 38 необходимо закрыть. Затем включают нагревательный элемент 15. Производится нагрев воды до необходимой температуры и нагревательный элемент 15 отключается. Водоразбор нагретой воды производится открытием вентильной головки 41 смесителя 39 до полного вытекания воды из бака-аккумулятора 31. При необходимости возможно разбавление нагретой воды холодной водой за счет открытия вентильной головки 42 смесителя 39.

Достоинствами предлагаемого комбинированного водо- и воздухонагревателя являются:
1) повышенная эффективность нагрева воды для целей отопления и горячего водоснабжения;
2) улучшение теплоаккумулирующих свойств и снижение на этой основе тепловых потерь в окружающую среду и расхода электроэнергии;
3) повышенная эффективность теплообмена как в системе отопления, так и в системе горячего водоснабжения с внешним баком-аккумулятором большой вместимости;
4) возможность быстрого получения потребителем большого количества горячей воды заданной температуры;
5) возможность быстрого начала работы систем отопления и горячего водоснабжения, что позволяет обеспечить существенную экономию топливно-энергетических ресурсов;
6) малая материалоемкость и портативность конструкции.

Таким образом, конструкция комбинированного водо- и воздухонагревателя обеспечивает различные режимы работы при использовании постоянного базового модуля с минимальной переналадкой. Это позволяет успешно удовлетворять различные потребности потребителей с помощью одного и того же прибора и значительно снизить материальные и трудовые затраты для их изготовления. Подготовка производства таких комбинированных водо- и воздухонагревателей ведется на заводе "Красное знамя" в городе Рязани, на Узловском заводе АДС в Тульской области и в городе Ростове-на-Дону.

Предлагаемый комбинированный водо- и воздухонагреватель может применяться в быту и на производстве, в том числе и в случаях, когда водопровод отсутствует или работает нерегулярно. Применение данных комбинированных водо- и воздухонагревателей будет способствовать уменьшению габаритов различных устройств и установок систем кондиционирования микроклимата, то есть более эффективному использованию производственной, административной и жилой площади и повышению надежности, экономичности работы местных систем отопления и горячего водоснабжения на любых объектах, в том числе в отдаленной местности и на различных транспортных средствах.

Дополнительные функции комбинированного водо- и воздухонагревателя и, в частности, возможность использования его для нагрева, осушки и охлаждения воздуха позволяют использовать его для сушки овощей, фруктов и другого продовольствия, а уменьшенное накипеобразование на нагревательных элементах улучшает его эксплуатационные характеристики и будет способствовать экономии топливно-энергетических ресурсов.

Испытания изготовленных опытных образцов комбинированных водо- и воздухонагревателей показали высокую эффективность их использования.

Использование: в различных водогрейных, отопительных устройствах, а также в устройствах для увлажнения, осушки и охлаждения воздуха. Сущность изобретения: комбинированный водо- и воздухонагреватель содержит бак, состоящий из наружной, внутренней и промежуточной емкостей, кожух, средства нагрева среды, системы подвода холодной воды и отвода воздуха, патрубки для подвода воды в промежуточную емкость и отвода из нее. Нагревательные элементы установлены в наружной емкости и в промежуточной, причем нагревательный элемент в промежуточной емкости выполнен с возможностью переустановки его во внутреннюю емкость. В нижней части кожуха размещен теплоизолирующий щиток. Патрубок для подвода воды в промежуточную емкость выполнен составным, причем нижняя часть его съемная для присоединения трубки, подводящей воду в промежуточную или внутреннюю емкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированный водо- и воздухонагреватель, содержащий бак, состоящий из наружной, внутренней и промежуточной емкостей, кожух, средства нагрева среды, системы подвода холодной воды и отвода воздуха, патрубки для подвода воды в промежуточную емкость и отвода из нее, отличающийся тем, что нагревательные элементы установлены в наружной емкости и в промежуточной, причем нагревательный элемент в промежуточной емкости выполнен с возможностью переустановки его во внутреннюю емкость. 2. Водо- и воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что в нижней части кожуха размещен теплоизолирующий щиток. 3. Водо- и воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что патрубок для подвода воды в промежуточную емкость выполнен составным, причем нижняя часть его съемная для присоединения трубки, подводящей воду в промежуточную или внутреннюю емкость.