ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H05B1/02 F24H1/20 F24H9/20 

Изобретение относится к электробытовым нагревательным приборам и может быть использовано с целью нагрева воды для бытовых нужд, например, на кухне или в ванной.

Известен электрический прямоточный водоподогреватель [1], содержащий по меньшей мере одну нагревательную спираль, установленную в траектории протекания подогреваемой воды, местное гидравлическое сопротивление, установленное в трубопроводе подвода холодной воды, дифференциальный датчик давления (датчик расхода) с электрическим выключателем, подключенным к схеме управления.

При поступлении воды в камеру для нагрева на гидравлическом сопротивлении появляется перепад давления, срабатывает дифференциальный датчик давления и включает электрический выключатель, сигнал с которого поступает на устройство управления, которое через время задержки, достаточное для полного заполнения полости корпуса водой, включает тиристоры в цепи питания нагревателя.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
корпус;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе;
трубопровод подвода холодной воды;
присоединение трубопровода подвода холодной воды к нижней части корпуса;
трубопровод отвода воды;
местное гидравлическое сопротивление;
датчик расхода, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и подключенный к устройству управления;
устройство управления нагревателем с коммутатором, включенным последовательно с электронагревательными элементами.

Недостатками известного устройства являются: большое запаздывание включения электронагревательных элементов после открытия крана регулирования расхода, что вызывает потери воды, особенно при полном открытии крана, и создает неудобство при пользовании. Действительно, задержка включения электронагревательных элементов, создаваемая устройством управления, необходима для полного заполнения водой электронагревательных элементов после открытия крана, а величина этой задержки устанавливается исходя из минимального расхода воды, на который рассчитан нагреватель. Поэтому при полном открытии крана это время задержки будет излишне большим;
опасность взрыва нагревателя в случае неисправности выключателя или устройства управления, при которой после закрытия крана не отключатся электронагревательные элементы (например, сваривание контактов выключателя). В этом случае через некоторое время вода закипит в замкнутом объеме, давление повысится, что вызовет разрыв оболочки корпуса.

Известен электроводонагреватель [2], содержащий корпус, часть стенки которого выполнена в виде мембраны, трубопровод подвода холодной воды с краном для регулирования расхода, подключенный к нижней части корпуса, трубопровод отвода воды, присоединенный к корпусу в верхней части, подпружиненный клапан, установленный на трубопроводе отвода воды и имеющий сквозное отверстие, площадь проходного сечения которого составляет 0,002 - 0,004 от площади мембраны, электронагреватель, расположенный в корпусе, и выключатель питания электронагревателя со штоком, упирающимся в мембрану.

При открывании крана трубопровода подвода холодной воды, но при расходе воды ниже минимальной производительности электроводонагревателя вся вода проходит через сквозное отверстие клапана, не создавая в корпусе давление, достаточное для включения выключателя электронагревателя. При дальнейшем открывании крана на трубопроводе подвода холодной воды расход воды увеличивается до минимальной производительности электроводонагревателя и отверстие клапана не успевает пропускать через себя весь поток воды, в результате чего давление в корпусе возрастает до величины, достаточной для срабатывания выключателя и включения электронагревателя.

После прекращения подачи воды путем перекрытия крана давление в корпусе уменьшается и клапан перекрывает трубопровод отвода воды. При этом благодаря отверстию в клапане давление в корпусе падает быстро, что приводит к отключению электронагревателя.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
корпус;
электронагреватель, расположенный в корпусе;
трубопровод подвода холодной воды;
присоединение трубопровода подвода холодной воды к нижней части корпуса;
присоединение трубопровода отвода воды к верхней части корпуса;
местное гидравлическое сопротивление, установленное в трубопроводе отвода воды в виде пластины с отверстием.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная следующими факторами:
возникновением автоколебаний пластины клапана при среднем расходе воды, когда из-за недостаточного напора потока воды на пластину последняя не упирается в ограничитель. Автоколебания пластины в потоке воды вызывают пульсации давления жидкости, удары пластины об ограничитель и седло клапана, снижают долговечность пружины. Включение водонагревателя со сломанной пружиной клапана приведет к преждевременному включению электронагревателей (при расходе воды меньше минимально допустимого) и их перегоранию;
усадкой пружины клапана, которая также приводит к преждевременному включению электронагревателей и их перегоранию;
выбранным отношением площади проходного сечения отверстия в пластине клапана к площади мембраны, которое должно находится в пределах 0,002 - 0,004. Действительно, при малом диаметре отверстия в пластине клапана возможно его засорение крупицами ржавчины, отслаивающимися от водопроводных труб, что вызовет преждевременное включение электронагревателей ввиду образования воздушной "пробки" в корпусе и их перегорание. При достаточно большом диаметре отверстия в пластине клапана, исключающем его засорение, площадь мембраны должна быть выбрана большой, что значительно увеличивает усилие, действующее на мембрану со стороны воды. Это усилие может значительно возрасти в случае установки на конце трубопровода отвода воды разбрызгивателя и его засорения. Тогда давление в корпусе может достичь давления в водопроводной сети и разорвать мембрану.

Например, при диаметре отверстия в пластине клапана 2 мм площадь мембраны должна быть выбрана в пределах 7,75•10^-4 - 1,55•10^-3 м². При избыточном давлении в водопроводной сети 0,3 МПа усилие, действующее на мембрану, составит 233 - 465 H, что в десятки-сотни раз превышает номинальное усилие, с которым мембрана действует на выключатель при нормальной работе нагревателя.

Известен электроводонагреватель [3], содержащий корпус, установленные в нем нагревательные элементы с токоподводящими выводами, расположенными в нижней части корпуса, трубопровод подвода холодной воды с краном для регулирования расхода и датчиком расхода воды, содержащим мембрану, заключенную в кожух, соединенный посредством отверстия с трубопроводом подвода холодной воды, и выключатель со штоком, упирающимся в мембрану. Трубопровод отвода воды расположен так, чтобы его открытый конец для забора нагретой воды располагался в верхней части корпуса.

При открывании крана на трубопроводе холодной воды последняя заполняет корпус и начинает вытекать из открытого нижнего конца трубопровода горячей воды. Как только сила давления воды в корпусе, действующая на мембрану, превысит силу сопротивления выключателя, последний срабатывает и включает электронагревательные элементы.

Признаки известного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
корпус;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе;
трубопровод подвода холодной воды;
присоединение трубопровода подвода холодной воды к нижней части корпуса;
трубопровод отвода воды;
расположение открытого конца трубопровода отвода воды в верхней части полости корпуса;
датчик расхода, установленный на трубопроводе подвода холодной воды.

Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за изменения в процессе эксплуатации настройки датчика расхода и, как следствие, преждевременного включения в сеть электронагревательных элементов, не полностью покрытых водой, с последующим их перегревом и сгоранием.

Срабатывание датчика расхода происходит, когда сила давления воды на мембрану превысит силу упругости пружины выключателя. Сила давления воды складывается из силы гидростатического давления столба воды в корпусе и силы давления, вызванной гидравлическим сопротивлением трубопровода отвода воды (гидравлическим сопротивлением в корпусе можно пренебречь вследствие его большого диаметра, а на участке трубопровода подвода холодной воды от места присоединения датчика расхода до выхода в полость корпуса - вследствие малой длины этого участка), причем сила давления, вызванная гидравлическим сопротивлением трубопровода, зависит от расхода воды, т.е. от степени открытия крана на трубопроводе холодной воды. А так как датчик расхода должен срабатывать даже при малом расходе воды, установленном потребителем, т.е. при малой потере давления в трубопроводах, то сила гидростатического давления жидкости является определяющей при срабатывании датчика расхода. Следует также отметить, что величина силы гидростатического давления, при которой гарантировано полное покрытие электронагревательных элементов, находится в диапазоне от величины, определяемой высотой столба воды в корпусе, соответствующей наивысшей точке нагревательного элемента (полное покрытие), до величины, определяемой высотой корпуса (полное заполнение полости корпуса водой). Учитывая, что вследствие стремления к уменьшению габаритов водонагревателя и к увеличению его быстродействия верхняя часть электронагревателей располагается в непосредственной близости от верхней части корпусе, можно сделать вывод о близости этого диапазона и необходимости точной настройки датчика расхода. Однако при длительной эксплуатации водонагревателя возможно ослабление (усадка) пружины выключателя, что приведет к его срабатыванию при неполном покрытии электронагревательных элементов водой, перегреву электронагревательных элементов и выходу их из строя.

Отказ устройства может быть вызван также в случае установки на конце трубопровода отвода воды разбрызгивателя с малым диаметром отверстий и их засорении. Тогда давление в корпусе может достичь давления в водопроводной сети и под действием значительного давления деформация мембраны может превысить допустимую величину. Это может привести к ее необратимой пластической деформации и даже разрыву. Например, при высоте столба воды в корпусе, вызывающего срабатывание выключателя электронагревателей (H=0,2 м), усилии срабатывания выключателя (P=2Н), площадь мембраны должна быть равна

где ρ - плотность воды (ρ=1000 кг/м³); g - ускорение свободного падения.

Тогда при избыточном давлении в водопроводной сети P=0,3 МПа усилие, действующее на мембрану, составит
P_М=PF=0,3•10⁶•1,02•10^-3=306 H,
что в 150 раз превышает усилие, действующее на мембрану в нормальном режиме работы.

Низкая надежность обусловлена также отсутствием защиты от перегрева электронагревательных элементов.

Известен электроводопогреватель [4], содержащий корпус, внутри которого установлен электронагревательный элемент, токоподводящий вывод которого закреплен на верхней части корпуса, входной патрубок для подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса, выходной патрубок для отвода нагретой воды, присоединенный к верхней части корпуса, терморегулятор, соединенный последовательно с нагревательным элементом, датчик температуры которого заключен в непроницаемый для воды кожух, расположенный внутри корпуса и подключенный к дифференцирующей схеме. Кроме этого, электроводоподогреватель имеет устройство, включающее электронагревательный элемент при поступлении воды в корпус.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
корпус;
электронагревательный элемент, расположенный в корпусе, токоподводящий вывод которого закреплен на верхней части корпуса;
патрубок подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса;
патрубок отвода нагретой воды, присоединенный к верхней части корпуса;
терморегулятор, соединенный последовательно с нагревательным элементом;
установка датчика терморегулятора в водонепроницаемом кожухе внутри корпуса.

Недостатками данного устройства являются:
низкая надежность срабатывания системы защиты от перегрева в случае отказа или разрегулировки датчика расхода воды, установленного на входном патрубке. Это объясняется следующим: в случае включения нагревательного элемента при отсутствии воды в корпусе нагрев датчика температуры осуществляется благодаря тепловому излучению и конвекции нагретого воздуха в корпусе, так как между кожухом датчика и электронагревательным элементом нет непосредственного теплового контакта. Вследствие относительно низкой интенсивности указанных видов теплообмена скорость изменения температуры датчика будет достаточной для срабатывания системы защиты при значительном перегреве электронагревательного элемента, что может привести к его сгоранию. В случает частичного покрытия водой кожуха датчика температуры и электронагревательного элемента перегрев последнего будет значительно большим, так как перегрев будет воспринимать только не покрытая водой часть датчика температуры;
необходимость периодической перенастройки дифференцирующей схемы, так как с течением времени меняется интенсивность теплообмена электронагревательного элемента и кожуха датчика температуры вследствие образования на них накипи, окисления поверхности и т.п.

Известен электроводоподогреватель [5], содержащий корпус, внутри которого установлены электронагревательные элементы, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней части корпуса, входной патрубок для подвода холодной воды и выходной патрубок для отвода нагретой воды, термовыключатель, установленный снаружи на верхней крышке корпуса рядом с открытым концом патрубка подвода холодной воды и подключенный последовательно с электронагревательными элементами. При перегреве корпуса электроводоподогревателя термовыключатель отключает питание электронагревательных элементов.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
корпус;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней части корпуса;
патрубок для подвода холодной воды;
патрубок для подвода нагретой воды;
термовыключатель, установленный снаружи на верхней крышке корпуса.

Недостатками известного устройства являются:
опасность ожога потребителя при неожиданном падении давления в водопроводной сети, что объясняется большой инерционностью термовыключателя. При резком падении давления в водопроводной сети уменьшается расход воды через водоподогреватель и увеличивается температура воды на выходе. Так как чувствительный элемент термовыключателя воспринимает не температуру воды на выходе, а температуру воды вблизи открытого конца патрубка подвода холодной воды, да и то опосредованно через верхнюю крышку корпуса, то своевременного отключения нагревательных элементов не произойдет, что и вызовет перегрев воды на выходе;
низкая надежность, что объясняется большим током, коммутируемым термовыключателем (до 25 А), частым замыканием его контактов при изменении давления в водопроводной сети и, как следствие, подгоранием контактов, увеличением из переходного сопротивления и даже свариванием, что увеличивает пожароопасность устройства. Отсутствие дублирования системы термозащиты водоподогревателя делает его опасным для потребителя. Кроме того, при выходе из строя системы защиты от включения электронагревательных элементов при отсутствии воды в корпусе также возникает опасность выхода из строя электроводоподогревателя, т. к. в этом случае термовыключатель будет периодически включать и выключать электронагревательные элементы, не покрытые водой, что вызовет их перегрев и последующее перегорание.

Известен электрический водонагреватель [6], содержащий корпус, внутри которого установлен электронагревательный элемент с токоподводящими контактами, расположенными в нижней части корпуса, патрубки подвода холодной и нагретой воды. Электронагревательный элемент окружен предохранительной трубкой без соприкосновения, к которой присоединен кожух датчика терморегулятора, соединенного последовательно с электронагревательным элементом.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
корпус;
электронагревательный элемент, расположенный в корпусе;
патрубок для подвода холодной воды;
патрубок для подвода нагретой воды;
термовыключатель, соединенный последовательно с электронагревательным элементом;
установка датчика терморегулятора в водонепроницаемом кожухе внутри корпуса.

Недостатком данного электроводонагревателя является низкая надежность. Это объясняется следующим:
отсутствием дублирования системы защиты от перегрева, что при выходе из строя терморегулятора приведет к перегоранию электронагревательного элемента;
низкой интенсивностью теплообмена между электронагревательным элементом и датчиком температуры при включении устройства, не заполненного водой. Электронагревательный элемент и кожух датчика температуры разделены воздушным зазором и предохранительной трубкой, что увеличивает запаздывание срабатывания терморегулятора, вызывает перегрев электронагревательного элемента, что может привести к его сгоранию.

Известен электроводонагреватель с предохранительным терморегулятором [7] . Электроводонагреватель содержит корпус, внутри которого установлены электронагревательные элементы, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней крышке корпуса; патрубок подвода холодной воды, присоединенный к корпусу в нижней части; патрубок отвода нагретой воды, присоединенный к верхней крышке корпуса; датчик терморегулятора температуры воды, установленный в герметичной трубке внутри корпуса; датчик предохранительного термовыключателя, установленный на боковой стенке снаружи корпуса, причем терморегулятор температуры воды и предохранительный терморегулятор соединены последовательно, благодаря чему достигается дублирование отключения электронагревательных элементов при перегреве водонагревателя.

Признаки устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
корпус;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней крышке корпуса;
выполнение верхней крышки из теплопроводного материала;
патрубок для подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса;
патрубок для отвода нагретой воды, присоединенный к верхней крышке корпуса;
предохранительный термовыключатель, установленный снаружи корпуса с возможностью теплового контакта с ним;
терморегулятор с датчиком, заключенным в водонепроницаемый, теплопроводный кожух, установленный внутри корпуса.

Недостатком устройства является низкая надежность в случае включения электроводонагревателя, не заполненного водой. Действительно, в этом случае между электронагревательными элементами, с одной стороны, и предохранительным термовыключателем, а также датчиком терморегулятора, с другой стороны, имеется воздушный зазор, исключающий тепловой контакт между ними. Поэтому при нагреве электронагревательных элементов тепло к указанным чувствительным элементам будет передаваться через воздушный зазор путем излучения и конвекции, что вызовет значительное запаздывание срабатывания термозащиты и, как следствие, перегрев электронагревательных элементов и выход их из строя.

Известен электрических проточный нагреватель [8], содержащий корпус с установленными внутри электронагревательными элементами, токоподводящие выводы которых расположены на верхней части корпуса; трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к верхней части корпуса; трубопровод отвода нагретой воды, присоединенный к нижней части корпуса; вентиль регулирования расхода, установленный на трубопроводе отвода нагретой воды; электронные переключающие компоненты, соединенные последовательно с электронагревательными элементами и установленными на радиаторе, прикрепленном к трубопроводу подвода холодной воды с возможностью теплового контакта; устройство управления с подключенными к нему датчиками расхода и температуры воды, присоединенное к электронным переключающим элементам, причем датчики температуры установлены в трубопроводах подвода и отвода воды.

Признаки данного нагревателя, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
корпус;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней части корпуса;
трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к корпусу;
трубопровод отвода нагретой воды, присоединенный к корпусу;
электронные переключающие компоненты (симисторы), соединенные последовательно с электронагревательными элементами и подключенные к устройству управления;
установка симисторов на радиаторе, прикрепленном к трубопроводу подвода холодной воды с возможностью теплового контакта;
устройство управления, подключенное к симисторам;
датчик температуры нагретой воды, подключенный к устройству управления;
датчик расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и подключенный к устройству управления.

Недостатком известного устройства является низкая надежность при использовании в водопроводных сетях, где происходит отключение подачи воды. После отключения воды в сети и ее последующего включения из водопроводного крана в течение нескольких минут может выходить механическая смесь воды и воздуха, а так как эта смесь будет проходить через датчик расхода, то может сработать устройство управления и включить электронагревательные элементы раньше, чем выйдут из водопроводной сети все воздушные пузыри. Следовательно, часть теплопередающей поверхности электронагревательных элементов некоторое время будет контактировать не с водой, а с воздухом, что вызовет ее перегрев и потерю герметичности с последующим перегоранием электронагревательных элементов.

Кроме того, известный нагреватель оказывается незащищенным от перегрева при отказе схемы формирования задержки устройства управления. При отказе или при разрегулировке схемы формирования задержки устройство управления может преждевременно включить электронагревательные элементы, когда они еще не полностью покрыты водой, а так как нагреваемая вода еще не успеет подойти к датчику температуры, установленному в трубопроводе отвода воды, защита от перегрева водонагревателя не сработает. Следовательно, неизбежен перегрев электронагревательных элементов и их выход из строя.

Кроме того, данный электроводонагреватель не защищен от перегрева при отказе устройства управления.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является водонагреватель [9], содержащий корпус из теплопроводного материала с установленными внутри трубчатыми электронагревательными элементами, токоподводящие выводы которых расположены на верхней части корпуса; трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса; трубопровод отвода нагретой воды, присоединенный к нижней части корпуса; вентиль регулирования расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды; симисторы, соединенные последовательно с электронагревательными элементами и установленными на радиаторе, прикрепленном к корпусу; устройство управления, содержащее задатчик мощности, имеющий две кнопки управления, соединенные с генератором импульсов и подключенные к двоичному счетчику, выходы дешифратора подключены к элементам И; детектор нулевого уровня питающего напряжения, также подключенный к элементам И, выходы которых подключены к коммутаторам на основе симисторов; логический блок, осуществляющий начальную установку двоичного счетчика и реализацию алгоритма работы электроводонагревателя; датчик расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и присоединенный к устройству управления; терморегулятор с датчиком температуры нагретой воды, присоединенный к устройству управления; предохранительный термовыключатель, установленный на боковой стенке корпуса с возможностью теплового контакта и подключенный к устройству управления.

При включении электроводонагревателя устройство управления включает все электронагревательные элементы и при достижении температуры на выходе, измеряемой датчиком температуры на трубопроводе отвода нагретой воды, значения 40,5^oC терморегулятор включает такое сочетание электронагревательных элементов, чтобы обеспечить установившееся значение этой температуры при заданных расходе и температуре воды на входе. После этого терморегулятор в процессе управления не участвует.

При необходимости изменения температуры воды потребитель удерживает некоторое время одну из кнопок задатчика мощности в нажатом состоянии, добиваясь необходимой степени нагрева. В случае перегрева срабатывает предохранительный термовыключатель и устройство управления отключает электроводонагреватель.

Признаки данного нагревателя, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
корпус с теплопроводной верхней крышкой;
электронагревательные элементы, расположенные в корпусе, токоподводящие выводы которых закреплены на верхней крышке корпуса;
трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса;
трубопровод отвода нагретой воды, присоединенный к корпусу;
три коммутатора, симисторы которых соединены последовательно с электронагревательными элементами;
устройство управления, содержащее задатчик мощности, имеющий две кнопки управления, двоичный реверсивный счетчик и подключенные к нему дешифратор и блок начальной установки, три элемента И, подключенные к дешифратору, детектор нулевого уровня питающего напряжения, присоединенный входом к шине подвода питания, а выходом - к первым входам трех элементов И, выходы которых подключены к коммутаторам;
терморегулятор с датчиком температуры нагретой воды, присоединенный к устройству управления;
предохранительный термовыключатель, установленный с возможностью теплового контакта с корпусом;
установка симисторов на радиаторе с возможностью теплового контакта;
датчик расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и подключенный через формирователь сигнала к устройству управления;
источник питания постоянного тока.

Недостатками устройства-прототипа являются низкие надежность и потребительские качества.

Низкая надежность обусловлена следующими факторами.

Включение электронагревательных элементов происходит с задержкой времени, величина которой определяется по данным о расходе воды, проходящей через датчик расхода на трубопроводе подвода холодной воды. Однако в водопроводной сети, например, после отключения воды возможно образование пузырей сжатого воздуха, которые, проходя через датчик расхода, также вызовут вращение турбинки и, следовательно, появление ложных данных о величине расхода воды. Поэтому устройство управления неверно определит время заполнения водой корпуса и включит электронагревательные элементы, еще не покрытые полностью водой. Это приведет к их перегреву и даже перегоранию.

Большое время срабатывания системы защиты от перегрева в случае отказа датчика расхода воды, что также приводит к перегреву электронагревательных элементов. В случае включения электронагревательных элементов при отсутствии воды в корпусе нагрев датчика температуры, установленного на трубопроводе отвода воды, и предохранительного термовыключателя, присоединенного к боковой стенке корпуса, осуществляется в основном благодаря тепловому излучению и конвекции нагретого воздуха в корпусе, так как между датчиком и предохранительным выключателем, с одной стороны, и электронагревательными элементами, с другой стороны, тепловой контакт осуществлен через верхнюю крышку корпуса и его боковую стенку, имеющими большое тепловое сопротивление из-за большого пути распространения тепла.

Вследствие относительно низкой интенсивности указанных видов теплообмена, а также большой теплоемкости корпуса, выполненного целиком из теплопроводного материала, температура корпуса будет достаточной для срабатывания системы защиты только при значительном перегреве электронагревательных элементов, что может привести к их сгоранию.

При отказе устройства управления и в случае перегрева электроводонагревателя предохранительный термовыключатель не отключит электронагревательные элементы от сети переменного тока, так как управляет ими через устройство управления, что вызовет сгорание электронагревательных элементов.

При отложении загрязнений, присутствующих в воде, на элементах оптического датчика расхода возможен его отказ вследствие потери прозрачности канала распространения светового потока.

Отсутствие дублирования в системе защиты от перегрева, т.к. устройство контроля температуры нагретой воды действует только в процессе выхода электроводонагревателя на установившийся режим работы, и после загорания индикатора "Готов" это устройство отключается от работы. Поэтому контроль перегрева осуществляется только одним предохранительным термовыключателем и при выходе его из стоя может возникнуть сгорание электронагревательных элементов.

При использовании электроводонагревателя для нагрева воды с большим содержанием минералов возможно образование накипи на металлических поверхностях деталей, контактирующих с водой. При этом накипь на теплопередающей поверхности электронагревательных элементов вызовет их перегрев и последующее перегорание.

Низкие потребительские качества объясняются следующими причинами.

После включения и выхода электроводонагревателя на установившийся режим работы, когда действие обратной связи по температуре нагретой воды прекращается, суммарная мощность включенных электронагревательных элементов, обеспечивающая данную температуру, "запоминается" устройством управления и в дальнейшем корректируется в зависимости от температуры и расхода воды на входе. Однако в случае появления электромагнитной помехи, вызванной, например, включением бытового электрооборудования, может произойти "сбой" уставки мощности в большую сторону и, следовательно, включение нагревателя на большую мощность, что вызовет значительное и быстрое повышение температуры на выходе и появление неприятных ощущений у потребителя. Отсутствие какой-либо индикации, предупреждающей о непроизвольном изменении числа включенных электронагревательных элементов, может выработать у потребителя комплекс неуверенности при пользовании электроводонагревателем.

Низкие потребительские качества объясняются также и выбранным способом управления мощностью электронагревателя путем удержания одной из двух кнопок в нажатом состоянии некоторое время. Причем длительность удержания кнопки определяет величину установленной мощности электронагревательных элементов. Отсутствие у потребителя информации о суммарной мощности включенных электронагревательных элементов заставляет его соизмерять длительность удержания кнопки и температуры на выходе, что из-за присущей электроводонагревателю инерционности делает это процесс утомительным. Кроме этого, при неоднократном использовании электроводонагревателя в одинаковых условиях потребитель должен повторять эту процедуру каждый раз заново, так как отсутствие информации об установленной мощности не позволяет сразу выставить необходимую мощность электронагревательных элементов, определенную потребителем опытным путем для подобных условий эксплуатации.

Отсутствие возможности ограничения максимальной мощности электроводонагревателя вызовет неудобства для потребителя в случае использования в квартире с низкой нагрузочной способностью электропроводки, так как ошибочное включение электроводонагревателя на большую мощность вызовет срабатывание устройства защиты квартирной сети.

Существенными признаками заявленного устройства, отличительными от прототипа, являются:
выполнение трубопровода подвода холодной воды U-образным;
применение в качестве датчика расхода датчика давления и его расположение вместе с коленом трубопровода подвода холодной воды не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов;
присоединение трубопровода отвода нагретой воды к верхней крышке корпуса и установка в нем местного гидравлического сопротивления;
выполнение нижней части и боковой стенки корпуса из теплоизолирующего материала;
установка предохранительного термовыключателя на верхней крышке корпуса и его включение между сетью переменного тока и шинами подвода питания к электроводонагревателю;
установка датчика температуры нагретой воды в теплопроводный кожух, присоединенный к верхней крышке корпуса с возможностью теплового контакта, высота которого не превышает величины 2,5λF_б , где λ - коэффициент теплопроводности материала кожуха, F_Б - площадь поперечного сечения боковой стенки корпуса;
введение в устройство управления электронагревателем двух резисторов, выключателя ограничения мощности, двух формирователей импульса, двух элементов ИЛИ-НЕ, элемента ИЛИ, элемента НЕ; индикатора заданной мощности;
присоединение первого контакта каждой кнопки через резистор к источнику питания постоянного тока;
присоединение первого и второго формирователей импульса к первому контакту первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно;
соединение первого входа первого элемента ИЛИ-НЕ с выходом первого формирователя импульса;
соединение первого входа элемента ИЛИ с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ;
соединение через элемент НЕ выхода второго формирователя импульса с вторым входам элемента ИЛИ;
соединение выхода "3" дешифратора через выключатель ограничения мощности с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ;
соединение первого входа второго элемента ИЛИ-НЕ с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения;
соединение второго и третьего входов второго элемента ИЛИ-НЕ с выходами формирователя сигнала датчика расхода и терморегулятора соответственно;
соединение вторых входов трех элементов И с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ;
соединение входа реверса двоичного счетчика с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, счетного входа - с выходом элемента ИЛИ;
соединение выхода "0" дешифратора с вторым контактом второй кнопки, а выхода "5" - с вторым контактом первой кнопки.

Технический результат, достигаемый предлагаемым электроводонагревателем, состоит:
в повышении надежности за счет:
а) исключения включения электронагревательных элементов, не полностью покрытых водой;
б) увеличения быстродействия срабатывания системы защиты от перегрева;
в) дублирования системы защиты от перегрева;
г) исключения образования накипи на металлических деталях, контактирующих с водой:
в улучшении потребительских качеств за счет:
а) упрощения настройки электроводонагревателя на требуемую степень нагрева воды;
б) возможности для потребителя ограничения максимальной мощности электроводонагревателя.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в электроводонагревателе, содержащем корпус с теплопроводной верхней крышкой, в полости которого установлены электронагревательные элементы с токоподводящими выводами, расположенными в верхней крышке корпуса, трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса, три коммутатора, симисторы которых соединены последовательно с электронагревательными элементами и установлены на радиаторе с возможностью теплового контакта, устройство управления, имеющее задатчик мощности с двумя кнопками, двоичным реверсивным счетчиком и подключенным к нему дешифратором, три элемента И, подключенных к дешифратору своими первыми входами; детектор нулевого уровня питающего напряжения, присоединенных входом к шине подвода питания переменного тока, а выходом - к первым входам элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам коммутаторов соответственно, и блок начальной установки, присоединенный к двоичному реверсивному счетчику; терморегулятор с датчиком температуры нагретой воды, присоединенный к устройству управления; датчик расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и подключенный через формирователь сигнала к устройству управления; предохранительный термовыключатель, установленный с возможностью теплового контакта с корпусом; источник питания постоянного тока; трубопровод подвода холодной воды выполнен U-образным, в качестве датчика расхода применен датчик давления, расположенный вместе с коленом не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов, трубопровод отвода нагретой воды присоединен к верхней крышке корпуса и в нем установлено местное гидравлическое сопротивление; нижняя часть и боковая стенка корпуса выполнены из теплоизолирующего материала; предохранительный термовыключатель установлен на верхней крышке корпуса и включен между сетью переменного тока и шинами подвода питания к электроводонагревателю; датчик температуры нагретой воды заключен в теплопроводный кожух, присоединенный к верхней крышке корпуса с возможностью теплового контакта, а высота кожуха не превышает величины 2,5λF_б, где λ - коэффициент теплопроводности материала кожуха, Вт/(мК); F_Б - площадь поперечного сечения боковой стенки корпуса, м², а в устройство управления введены два резистора, через которые первая и вторая кнопки задатчика мощности своим первым контактом подключены к источнику питания постоянного тока; первый и второй формирователи импульса, подключенные к первому контакту первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно; первый элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса; элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ; элемент НЕ, включенный между выходом второго формирователя импульса и вторым входом элемента ИЛИ; второй элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения; индикатор заданной мощности, присоединенный к выходам дешифратора; выключатель ограничения мощности, присоединенный к выходу "3" дешифратора и к второму входу первого элемента ИЛИ-НЕ, а выходы формирователя сигнала датчика давления и терморегулятора присоединены к второму и третьему входам второго элемента ИЛИ-НЕ соответственно, выход которого соединен с вторыми входами трех элементов И; реверсивный вход "±1" двоичного реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента первого элемента ИЛИ-НЕ, счетный вход - с выходом элемента ИЛИ, выход "0" дешифратора соединен с вторым контактом второй кнопки задатчика мощности, а выход "5" - с вторым контактом первой кнопки задатчика мощности.

Использование в качестве датчика расхода датчика давления, присоединение трубопровода отвода нагретой воды к верхней крышке корпуса, установка в нем местного гидравлического сопротивления, соединение первого входа второго элемента ИЛИ-НЕ с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения, второго входа - с выходом формирователя сигнала датчика давления, выхода - с первыми входами трех элементов И, а их выходов - с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов соответственно исключает включение электронагревательных элементов, не полностью покрытых водой. После начала поступления воды в электроводонагреватель давление в корпусе будет возрастать после того, как вода начнет протекать через местное гидравлическое сопротивление, а это произойдет только после полного заполнения корпуса водой и, следовательно, полного покрытия теплопередающей поверхности электронагревательных элементов.

Выполнение трубопровода подвода холодной воды U-образным и расположение датчика давления вместе с коленом не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов необходимо для исключения преждевременного срабатывания датчика давления под действием силы гидростатического давления столба жидкости при неполном заполнении корпуса водой.

Действительно, т.к. корпус и часть U-образного трубопровода подвода холодной воды с верхним расположением колена (от места присоединения к нижней части корпуса до колена) представляют сообщающиеся сосуды, то воздействие столба жидкости в корпусе на мембрану датчика расхода невозможно до покрытия электронагревательных элементов водой (датчик давления установлен выше).

Установка предохранительного термовыключателя на верхней крышке корпуса с возможностью теплового контакта позволяет увеличить быстродействие срабатывания предохранительного термовыключателя в случае включения электроводонагревателя, не заполненного водой, вызванного неисправностью системы защиты. Это достигается за счет уменьшения теплового сопротивления между электронагревательными элементами и предохранительным термовыключателем, т. к. в отличие от прототипа последний находится в непосредственной близости от места теплового контакта электронагревательных элементов и теплопроводной верхней крышки корпуса.

Выполнение нижней части и боковой стенки корпуса из теплоизолирующего материала также повышает быстродействие срабатывания системы защиты от перегрева вследствие уменьшения теплоемкости корпуса и, кроме того, увеличивает коэффициент полезного действия нагревателя.

Включение предохранительного термовыключателя между сетью переменного тока и шинами подвода питания к электроводонагревателю обеспечивает защиту электроводонагревателя от перегрева и короткого замыкания электроцепей даже в случае отказа устройства управления.

Присоединение кожуха датчика температуры нагретой воды к верхней крышке корпуса с возможностью теплового контакта, а также выбор высоты кожуха, не превышающей указанной выше величины, необходимо для обеспечения своевременного отключения электронагревательных элементов при неполном заполнении водой корпуса или при ее отсутствии. Это поясняется фиг. 1, где показан разрез теплопроводного кожуха 26, соединенного с верхней крышкой корпуса 8. Внутри кожуха установлен датчик температуры 25. При полном заполнении корпуса электроводонагревателя водой датчик температуры определяет температуру воды в верхней части корпуса, которая и поступает к потребителю. Причем тепловой поток от нагретой воды в основном передается датчику через дно кожуха, имеющего наименьшую толщину, допускаемую технологией изготовления и обеспечивающую достаточную прочность дна кожуха.

В случае появления неисправности электронагревателя и включения электронагревательных элементов, не покрытых водой, начинается разогрев кожуха и заключенного в нем датчика температуры. При этом нагрев датчика происходит благодаря теплопередаче от верхней крышки корпуса через боковую стенку кожуха, тепловому излучению нагретых электронагревательных элементов, а также теплоотдаче от нагреваемого в корпусе воздуха. Увеличение скорости нагрева датчика температуры может быть достигнуто за счет увеличения теплового потока, передающегося от нагревающей верхней крышки благодаря теплопроводности стенок кожуха.

Так как величина этого теплового потока определяется тепловым сопротивлением кожуха, можно утверждать, что обеспечение заданного быстродействия отключения электронагревательных элементов может быть достигнуто уменьшением теплового сопротивления кожуха, определяемого по формуле:

где H - высота кожуха относительно внутренней плоскости верхней крышки корпуса, м;
λ - коэффициент теплопроводности материала кожуха, Вт/(мК);
F_Б - площадь поперечного сечения боковой стенки кожуха, м².

Для бытовых электроводонагревателей с максимальной мощностью, не превышающей 3 мВт, авторами экспериментально установлен верхний предел для теплового сопротивления кожуха, который составил 2,5 К/Вт, что обеспечивает отключение электронагревательных элементов терморегулятором температуры воды (при отсутствии воды в корпусе) при нагреве верхней крышки корпуса до температуры Т=353К.

Таким образом тепловое сопротивление кожуха должно удовлетворять неравенству

Отсюда получим неравенство, которому должна удовлетворять высота кожуха
H ≤ 2,5λF_б (1)
Нижний предел для высоты кожуха определяется величиной, достаточной для расположения датчика температуры внутри кожуха за пределами верхней крышки корпуса. Это необходимо для уменьшения погрешности определения температуры воды, вызванной тепловым потоком от верхней части крышки корпуса, температура которой отличается от температуры воды.

Соединение выхода терморегулятора с третьим входом второго элемента ИЛИ-НЕ позволяет обеспечить отключение электронагревательных элементов при достижении заданной температуры воды, что обеспечивает дублирование защиты электроводонагревателя от перегрева.

Таким образом обеспечивается повышение надежности электроводонагревателя.

Введение в устройство управления двух резисторов, двух элементов ИЛИ-НЕ, элемента ИЛИ, элемента НЕ, дешифратора, присоединение первого контакта каждой кнопки задатчика мощности через резистор к источнику питания, соединение первого входа первого элемента ИЛИ-НЕ с выходом первого формирователя импульса, первого входа элемента ИЛИ - с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, выхода второго формирователя импульса через элемент НЕ -с вторым входом элемента ИЛИ, входа реверса двоичного счетчика - с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, счетного входа - с выходом элемента ИЛИ, входов дешифратора - с выходами двоичного счетчика и с вторыми входами элементов И соответственно, а выходов - с индикатором установленной мощности, причем выхода "0" - также с вторым контактом второй кнопки, выхода "5" - также с вторым контактом первой кнопки, решает задачу установки и индикации мощности электроводонагревателя путем нажатия одной из кнопок необходимое число раз. Однократное нажатие первой кнопки вызывает увеличение суммарной мощности включенных электронагревательных элементов на одну ступень. Однократное нажатие второй кнопки вызывает уменьшение суммарной мощности включенных электронагревательных элементов на ту же величину.

Соединение выхода "3" дешифратора с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ через выключатель ограничения мощности позволяет ограничить максимальную мощность электроводонагревателя, что необходимо для исключения перегрузки квартирной проводки, рассчитанной на низкую мощность и, следовательно, для предотвращения срабатывания устройства защиты квартирной сети при включении электроводонагревателя.

Таким образом упрощается настройка электроводонагревателя на требуемую степень нагрева воды, исключается перегрузка квартирной электропроводки и, следовательно, улучшаются потребительские качества электроводонагревателя.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.2 формулы изобретения второй и третий, четвертый и пятый электронагревательные элементы соединены параллельно, что обеспечивает изменение мощности включенных электронагревательных элементов при каждом нажатии одной из кнопок задатчика мощности на величину, равную мощности одного электронагревательного элемента.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.3 формулы изобретения параллельно с электронагревательными элементами включены световые индикаторы, позволяющие потребителю сопоставлять величину заданной мощности и реальной мощности включенных электронагревательных элементов и своевременно обнаруживать неисправность электроводонагревателя.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.4 формулы изобретения местное гидравлическое сопротивление, установленное в трубопроводе отвода нагретой воды, выполнено в виде шайбы из неметаллического материала, например из термостойкой пластмассы со сквозном отверстием, что упрощает его изготовление и исключает образование накипи.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.5 формулы изобретения датчик давления содержит мембрану, заключенную в кожух; укрепленный на кожухе выключатель со штоком, упирающимся в мембрану; ограничитель прогиба мембраны, выполненный в виде конической шайбы, внутренняя поверхность которой расположена со стороны мембраны, имеющей сквозное отверстие для штока, установленного в это отверстие с возможностью движения. Такое выполнение датчика давления обеспечивает срабатывание выключателя при повышении давления в корпусе электроводонагревателя после его заполнения водой и исключает разрыв мембраны при значительном повышении давления в корпусе.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.6 формулы изобретения радиатор с симисторами установлен на трубопроводе подвода холодной воды с возможностью теплового контакта, что обеспечивает наиболее интенсивное охлаждение симисторов.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.7 формулы изобретения поверхности электронагревательных элементов, верхней крышки корпуса и кожуха датчика температуры, контактирующие с водой, покрыты неметаллическим электроизолирующим материалом, например, фторопластом. Это исключает образование накипи и повышает электробезопасность электроводонагревателя.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.8 формулы изобретения наружная боковая поверхность кожуха датчика температуры нагретой воды выполнена шестигранной, соединение кожуха с верхней крышкой корпуса осуществлено с помощью конического резьбового соединения, датчик температуры залит внутри кожуха теплопроводной электрически изолирующей пастой, дно кожуха выполнено конусообразным с углом при вершине конуса 60^oC. Указанное выполнение кожуха обеспечивает удобство его крепления, герметичность соединения с верхней крышкой корпуса и минимальную толщину дна кожуха, внутренняя полость которого высверлена стандартным сверлом.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.9 формулы изобретения предохранительный термовыключатель выполнен в виде двух термовыключателей, установленных в одном корпусе и содержащих первый и второй неподвижные контакты, снабженные вертикальными выводами, установленные с постоянным зазором между ними на теплопроводной и электрически изолирующей пластине и соединенные внахлест с третьим подпружиненным контактом посредством электропроводного плавкого вещества с температурой плавления, равной необходимой температуре отключения электроводонагревателя, и введенного между контактирующими плоскостями двух неподвижных и третьего контактов, последний из которых отстоит от вертикального вывода второго неподвижного контакта на расстоянии, превышающем величину перекрытия третьего и первого неподвижного контактов, и соединен с первым концом цилиндрической пружины, второй конец которой прикреплен к вертикальному выводу второго неподвижного контакта на расстоянии от этого вывода, превышающем половину наружного диаметра пружины и с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через точку крепления второго конца пружины параллельно противолежащим сторонам неподвижных контактов, а ось пружины отклонена от вертикали на угол, удовлетворяющий неравенству:

где β - угол отклонения оси пружины от вертикали;
a - величина перекрытия третьего и первого неподвижного контактов;
b - высота крепления второго конца пружины относительно верхней плоскости второго неподвижного контакта.

Корпус снабжен дном, выполненным из теплопроводного материала, и вертикальной перегородкой, причем теплопроводная и электрически изолирующая пластина зажата между корпусом и дном, а вертикальная перегородка прижимает к ней первый неподвижный контакт.

Снабжение первого и второго неподвижных контактов вертикальными выводами позволяет уменьшить габариты устройства в плане.

Введение электропроводного плавкого вещества между контактирующими плоскостями двух неподвижных и третьего контактов необходимо для исключения окисления контактирующих контактов благодаря слою припоя их соединяющего.

Использование цилиндрической пружины и ее установка под углом к вертикали необходимо для повышения надежности устройства за счет исключения его ложного срабатывания.

Для исключения ложного срабатывания, вызванного снижением прочности плавкого вещества при нагреве, необходимо уменьшить силу упругости пружины, а чтобы при этом не изменить быстродействие устройства - уменьшить силы сцепления расплава и поверхностного натяжения, действующие на третий контакт до его отрыва. Величина этих сил пропорциональна площади, смоченной расплавом поверхности взаимодействия контактов. Поэтому, уменьшив эту площадь после расплавления плавкого вещества, можно оторвать третий контакт от неподвижного контакта пружиной с меньшей силой упругости. Расположение пружины под углом к вертикали позволяет создать горизонтальную составляющую силы упругости, под действием которой и осуществляется горизонтальный сдвиг третьего контакта относительно первого неподвижного контакта и, следовательно, уменьшение силы межмолекулярного взаимодействия и поверхностного натяжения, действующих на третий контакт. Выбор угла β, удовлетворяющего неравенству (2), обеспечивает действие горизонтальной составляющей силы упругости до полного исчезновения перекрытия третьего и первого неподвижного контактов.

Установка третьего контакта на расстоянии от вертикального вывода второго неподвижного контакта, превышающем величину перекрытия третьего и первого неподвижного контактов, обеспечивает свободу горизонтального перемещения третьего контакта до полного исчезновения его перекрытия с первым неподвижным контактом.

Крепление второго конца пружины к вертикальному выводу второго неподвижного контакта на расстоянии, превышающем половину наружного диаметра пружины с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через точку крепления параллельно противолежащим сторонам неподвижных контактов, необходимо для обеспечения свободного поворота пружины при горизонтальном движении третьего контакта.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.10 формулы изобретения температура отключения предохранительного термовыключателя превышает температуру настройки терморегулятора не менее чем на 25 К. Это необходимо для исключения преждевременного срабатывания предохранительного термовыключателя при исправном терморегуляторе и устройстве управления в случае нагрева воды до предельно допустимой температуры.

В частном случае реализации электроводонагревателя по п.11 формулы изобретения корпус выполнен с внутренней, центрально расположенной, цилиндрической трубкой, герметично соединенной с верхней крышкой, а электронагревательные элементы выполнены U-образными с расположением прямых участков на равном удалении от центральной трубки корпуса, причем нижние части двух несмежных электронагревательных элементов отогнуты к центральной трубке корпуса и охватывают без касания трубку соседнего электронагревательного элемента. Этим достигается уменьшение объема нагреваемой воды в корпусе и, следовательно, уменьшение тепловой инерционности электроводонагревателя.

На фиг.2 показан общий вид электроводонагревателя в разрезе; на фиг.3 - вид снизу на блок электронагревательных элементов с разрезом нижней части корпуса; на фиг. 4, 5 - вид сверху на электроводонагреватель с разрезом кожуха и разрез верхней крышки корпуса, на которой установлен кожух с датчиком температуры; на фиг.6 - пример выполнения датчика давления; на фиг. 7 - пример выполнения предохранительного термовыключателя; на фиг.8 - пример выполнения схемы электронного блока терморегулятора; на фиг.9 - структурная схема устройства управления; на фиг.10 - пример выполнения схемы блока начальной установки; на фиг.11 - пример выполнения схемы индикатора; на фиг.12 - пример выполнения схемы детектора нулевого уровня питающего напряжения; на фиг.13 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу детектора нулевого уровня питающего напряжения; на фиг.14 - пример выполнения схемы коммутаторов.

Электроводонагреватель содержит (фиг. 2-4) корпус 1, электронагревательные элементы 2-6 с токоподводящими контактами 7, верхнюю крышку 8, герметично закрывающую корпус 1, штуцер 9 для подсоединения к водопроводу, трубопровод подвода холодной воды 10, датчик давления 11, радиатор 12, на котором установлены симисторы 13-15 и плату 16 со смонтированными на ней терморегулятором воды 17 и блоком управления 18, индикаторы 19, 20, 32 включенных электронагревательных элементов, штуцер 21 для подсоединения к устройству отвода нагретой воды, например к разбрызгивателю (на фиг.2 не показан), местное гидравлическое сопротивление 22, трубопровод отвода нагретой воды 23, предохранительный термовыключатель 24, датчик температуры 25 терморегулятора 17 (фиг. 4), кожух 26 датчика температуры, кнопки управления мощностью электроводонагревателя 27, 28 (27 - увеличение мощности, 28 - уменьшение мощности), индикатор мощности электроводонагревателя 29, индикатор подачи питающего напряжения 30, кожух электроводонагревателя 31.

Корпус 1 выполнен из неметаллического материала с низкой теплопроводностью, например из термостойкой пластмассы, что обеспечивает большую экономичность электроводонагревателя и исключает образование накипи. Корпус 1 имеет внутри трубку, предназначенную для уменьшения объема воды, омывающей электронагревательные элементы 2-6 и, следовательно, для уменьшения тепловой инерционности электроводонагревателя.

Трубчатые электронагревательные элементы 2-6 (см. фиг.3) в количестве пяти штук выполнены U-образными, причем прямые участки располагаются на равном удалении от центрально трубки внутри корпуса и нижние части двух не смежных электронагревательных элементов отогнуты к центральной трубке корпуса и охватывают без касания трубку соседнего электронагревательного элемента. Этим достигается уменьшение объема воды в корпусе и, следовательно, уменьшение тепловой инерционности электроводонагревателя.

Токоподводящие контакты 7 электронагревательных элементов 2-6 расположены выше корпуса 1 для исключения замыкания контактов в случае разгерметизации корпуса 1 и утечки из него воды.

Верхняя крышка 8 выполнена из теплопроводного материала. Трубчатые электронагревательные элементы 2-6 прикреплены к верхней крышке 8 с возможностью теплового контакта.

Трубопровод подвода холодной воды 10 выполнен U-образным, присоединен к нижней части корпуса 1 и состоит из двух трубок, между которыми установлен радиатор 12. Колено трубопровода 10 расположено не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов 2-6.

Датчик давления 11 предназначен для контроля давления в трубопроводе подвода холодной воды 10 и содержит (см. фиг.6) мембрану 11.1, кожух 11.2, ограничитель 11.3 прогиба мембраны, выполненный в виде конической шайбы, внутренняя поверхность которой расположена со стороны мембраны, и имеющий сквозное отверстие, выключатель 11.4 со штоком 11.5, входящим в отверстие ограничителя 11.3 с возможностью движения и упирающийся в мембрану 11.1. Датчик давления 11 установлен на трубопроводе подвода холодной воды 10 не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов 2-6. Выключатель 11.4 подключен к источнику питания 18.18 (показан на фиг.9) так, чтобы при достижении давления воды в электроводонагревателе заданного значения и срабатывании выключателя 11.4 на его выходе появлялся сигнал "логический 0". Давление срабатывания датчика давления определяется площадью мембраны 11.1 и силой упругости пружины выключателя 11.4.

Радиатор 12, на котором установлены с возможностью теплового контакта симисторы 13-15, охлаждается водой, поступающей в трубопровод подвода холодной воды 10 и проходящей через внутреннее проходное отверстие радиатора 12.

Терморегулятор 17 предназначен для выработки сигнала "логический 0", когда температура нагреваемого объекта не превышает заданного значения, и сигнала "логическая 1" - при превышении этого значения.

Датчик температуры 25 терморегулятора 17, например терморезистор, установлен внутри теплопроводного кожуха 26 и залит теплопроводной пастой, необходимой для улучшения теплового контакта датчика температуры 25 с кожухом 26. Последний расположен внутри корпуса 1 и присоединен к верхней крышке 8 с возможностью теплового контакта. Соединение кожуха 26 с верхней крышкой 8 осуществляется коническим резьбовым соединением, что обеспечивает герметичность сочленения без применения уплотнительных прокладок. Боковая поверхность кожуха 26 выполнена шестигранной для удобства крепления кожуха 26 к верхней крышке 8. Дно кожуха 26 выполнено конусообразным с углом при вершине конуса 60^o, что необходимо для получения одинаковой минимальной толщины дна кожуха, внутренняя полость которого высверлена стандартным сверлом.

На фиг.7 изображен пример выполнения схемы терморегулятора 17.

Терморегулятор 17 содержит мостовую схему на резисторах R17.1-R17.5 и терморезисторе 25 (фиг. 4), являющемся датчиком температуры воды. Резистор R17.4 является потенциометрическим задатчиком температуры нагреваемой воды. Мостовая схема присоединена к компаратору на операционном усилителе DA17.1, формирующем выходной сигнал "логическая 1", если температура нагрева датчика температуры воды превышает заданную величину.

Блок управления 18 содержит (фиг.9) кнопки управления мощностью 27 и 28, соединенные с резисторами R1 и R1 соответственно, выключатель ограничения максимальной мощности 18.1, формирователи импульса 18.2 и 18.3, первый элемент ИЛИ-НЕ 18.4, элемент НЕ 18.5, элемент ИЛИ 18.6, блок начальной установки 18.7, реверсивный счетчик 18.8, дешифратор 18.10, второй элемент ИЛИ-НЕ 18.11, три элемента И 18.12, 18.13, 18.14, три коммутатора 18.15, 18.16, 18.17 и источник питания 18.18. Коммутаторы 18.15, 18.16 и 18.17 соединены последовательно с соответствующими электронагревательными элементами 2-6, причем элементы 3 и 4, а также 5 и 6 соединены параллельно. Между сетью переменного тока и шинами питания электроводонагревателя включен предохранительный термовыключатель 24. К второму входу второго элемента ИЛИ-НЕ 18.11 присоединен вход датчика давления 11, а к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 18.11 - выход терморегулятора 17. Кнопки управления мощностью 27 и 28 предназначены для увеличения и уменьшения уставки суммарной мощности электронагревательных элементов соответственно. В частном случае реализации устройства по п. 2 формулы изобретения, когда мощность второго и третьего электронагревательных элементов в два раза превышает мощность первого, однократное нажатие каждой кнопки вызывает соответствующее изменение уставки суммарной мощности электронагревательных элементов на величину, равную мощности первого элемента.

Выключатель 18.1 предназначен для ограничения максимальной мощности электроводонагревателя, например, равной тройной мощности первого электронагревательного элемента, что необходимо для исключения срабатывания устройства защиты квартирной сети переменного тока, настроенного на низкое значение предельной мощности.

Формирователи импульса 18.2 и 18.3 предназначены для выработки однократного импульса при одном нажатии кнопок 27 или 28, т.е. для предотвращения появления нескольких импульсов, вызванных "дребезгом" контактов. В простейшем случае формирователи могут быть выполнены в виде RC-интегрирующей цепочки.

Первый элемент ИЛИ-НЕ 18.4 необходим для инвертирования сигнала "0", поступающего с выхода формирователя импульса 1 при нажатии кнопки 27, а также для исключения прохождения этих импульсов при достижении электронагревателем максимальной мощности, ограниченной путем включения выключателя 18.1.

Элемент НЕ 18.5 необходим для инвертирования сигнала "0", поступающего с формирователя импульса 18.3, при нажатии кнопки 28.

Элемент ИЛИ 18.6 необходим для пропускания на счетчик 18.8 одного из импульсов, формируемых при нажатии кнопок 27,28.

Счетчик 18.8 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих на его счетный вход C и представления его в двоичном виде. Если нажимается кнопка 27, то импульс поступает не только на счетный вход C, но и несколько раньше - на вход реверса ±1, что вызывает увеличение на 1 показаний счетчика 18.8. При нажатии кнопки 28 на вход реверса ±1 сигнал "1" не поступает и показания счетчика 18.8 уменьшаются на 1.

Блок начальной установки 18.7 предназначен для выработки импульса "1", устанавливающего счетчик 18.8 в нулевое состояние при включении электронагревателя в сеть, а также по желанию пользователя, и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг.9.

Дешифратор 18.9 предназначен для преобразования двоичного числа включенных электронагревателей в десятичный код.

Индикатор 29 необходим для индикации величины суммарной мощности включенных электронагревательных элементов и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг.11. Значения мощности электронагревателя 0-5 кВт, установлены при использовании электронагревательных элементов 2-6 с мощностью 1 кВт соответственно.

Детектор нулевого уровня питающего напряжения 18.10 предназначен для формирования импульсов "логический 0" запуска коммутаторов 18.15-18.17 в начале каждого полупериода питающего напряжения и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг.11. Он содержит делитель напряжения на резисторах R10.1 и R10.2, подключенный к шине подвода питания переменного тока, ограничитель напряжения на диодах VD10.1 и VD10.2, два инвертора DD10.1 и DD10.2, схему задержки на интегрирующей цепочке R10.3-C10.1, две дифференцирующие цепочки C10.2-R10.4 и C10.3-R10.5 и элемент ИЛИ-НЕ DD10.3.

Работа детектора 18.10 иллюстрируется временными диаграммами напряжений, измеренных относительно фазы "0" питающей сети и изображенных на фиг.13. Переменное напряжение, снимаемое с делителя напряжения R10.1 и R10.2 (фиг.13, а), ограничивается до величин U_огр1 и U_огр2 с помощью диодов VD10.1 и VD10.2. При достижении этим напряжением порога U_пор срабатывания инвертора DD10.1 напряжение на его выходе (см. фиг.13,б) изменяется скачком. Однако фронты импульсов, генерируемых инвертором DD10.1 и отмеченных на фиг.13,б двумя штрихами, приходятся на окончание предыдущего полупериода питающего напряжения, а не на начало последующего. Поэтому такие фронты после задержки на интегрирующей цепочке R10.3-С10.1 (фиг.13,в), инвертирования на элементе DD10.2 (фиг. 13, г) и дифференцирования на дифференцирующей цепочке C10.3-R10.5 порождают импульсы в начале следующего полупериода (фиг.13,е). Фронты импульсов, генерируемых инвертором DD10.1, приходящиеся на начало полупериода (отмечены одним штрихом на фиг.13,б), дифференцируются цепочкой C10.2-R10.4 (фиг.13,д). Импульсы с дифференцирующих цепочек C10.3-R10.5 и C10.2-R10.4 складываются на элементе ИЛИ-НЕ DD10.3 (фиг.13,ж).

Второй элемент ИЛИ-НЕ 18.11 предназначен для пропускания импульсов "логический 0", генерируемых детектором нулевого уровня питающего напряжения 18.10, и их инвертирования при условии поступления на другие входы сигналов "логический 0" с датчика давления 11 и с электронного блока 17 терморегулятора.

Элементы И 18.12-18.14 необходимы для пропускания импульсов запуска на коммутаторы 18.15-18.17, соответствующие числу подключаемых электронагревательных элементов, определяемому двоичным кодом на выходе счетчика 18.8.

Коммутаторы 18.15-18.17 предназначены для подключения к шинам питания переменного тока электронагревательных элементов 2-6 и могут быть выполнены по схеме, изображенной на фиг.14. Коммутатор представляет собой симистор VS, анод которого соединен с первой шиной питания переменного тока, а катод - с первым выводом нагревательного элемента, второй вывод которого соединен с второй шиной переменного тока. Управляющий электрод симистора VS подключен к усилителю мощности на составном транзисторе VT1,VT2, а именно: к точке соединения последовательно включенных резисторов R4,R5. Амплитуда выходных импульсов составного транзистора VT1,VT2 делится на этом делителе до величины, необходимой для включения симистора по управляющему электроду.

Источник питания 18.18 предназначен для питания электронных схем устройства управления электроводонагревателя.

Трубопровод отвода нагретой воды 23 присоединен к верхней крышке 8 корпуса 1.

Местное гидравлическое сопротивление 22 выполнено в виде шайбы в проходном отверстии штуцера 21. Диаметр отверстия шайбы выбирается теоретически или экспериментально из условия обеспечения срабатывания датчика давления 11 при минимальном расходе воды, на который рассчитан электроводонагреватель.

Предохранительный термовыключатель 24 прикреплен снаружи к верхней крышке 8 с возможностью теплового контакта и образован (см. фиг.7) двумя термовыключателями, находящимися в общем корпусе 24.1. Каждый термовыключатель подсоединяется к соответствующему проводу питания и содержит первый 24.2 и второй 24.3 неподвижные контакты с вертикальными выводами, опирающиеся на теплопроводную и электрически изолирующую пластину 24.4, выполненную, например, из слюды, третий контакт 24.5, припаянный посредством плавкого вещества 24.6 внахлест к контактам 24.2 и 24.3, причем температура плавления плавкого вещества 24.6 равна необходимой температуре аварийного отключения электроводонагревателя, цилиндрическую пружину 24.7, одним концом присоединенную к третьему контакту 24.5, а другим концом - к вертикальному выводу контакта 24.3, дно корпуса 24.8, выполненное из теплопроводного материала, причем пластина 24.4 зажата между дном 24.8 и корпусам 24.1, а вертикальная перегородка корпуса 24.1 прижимает первый неподвижный контакт 24.2 к пластине 24.4. Ось пружины 24.7 отклонена от вертикали на угол β, удовлетворяющий неравенству:

где a - величина перекрытия третьего 24.5 и первого 24.2 контактов;
B - высота крепления второго конца пружины 24.7 относительно верхней плоскости второго неподвижного контакта 24.3.

Температура отключения предохранительного термовыключателя 24 превышает температуру настройки терморегулятора не менее чем на 25 К, что необходимо для исключения срабатывания предохранительного термовыключателя при исправном терморегуляторе. Указанная величина определена экспериментально для электроводонагревателей мощностью не свыше 5 кВт.

Электроводонагреватель работает следующим образом.

Установка потребителем необходимой мощности электронагревательных элементов может осуществляться в следующем порядке.

После включения электроводонагревателя в сеть переменного тока и подачи на блок начальной установки 18.7 блока управления 18 (см. фиг.9) напряжения питания с источника питания 18.18 дифференцирующая цепочка R7.2-C7.1 (см. фиг. 10) формирует импульс, поступающий на вход PE установки нулевого состояния счетчика 18.8 (см. фиг.9). Этот счетчик устанавливается в нулевое состояние и на его выходах 1-4 возникают сигналы "логический 0", которые поступают на элементы И 18.12, 18.13, 18.14 и исключают срабатывание коммутаторов 18.15, 18.16, 18.17 и, следовательно, включение электронагревательных элементов 2-6. Нулевое состояние счетчика 18.8. вызывает появление на выходе "0" дешифратора 18.9 состояние логическая "1" (остальное выходы дешифратора 18.9 находятся в состоянии "логический 0") и свечение светодиода "0 кВт" индикатора 29 (см. фиг.2), остальные светодиоды погашены.

На верхние выводы резисторов R1 и R2 (см. фиг.9) подано напряжение "логическая 1" с источника питания 18.18. На нижний вывод кнопки 27 поступает сигнал "логический 0" с выхода 5 дешифратора 18.9, а на нижний вывод кнопки 28 подается сигнал "логическая 1" с выхода "0" дешифратора 18.9. Следовательно, при нулевом состоянии счетчика 18.8 изменять его состояние будет только нажатие кнопки 27 (увеличение уставки суммарной мощности включенных электронагревательных элементов).

Для включения электронагревательного элемента 2 необходимо (но недостаточно) один раз нажать кнопку 27, что вызовет появление однократного импульса "логический 0" на выходе формирователя импульса 18.2 и, следовательно, импульса "логическая 1" на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 18.4. Этот импульс поступает на вход реверса ±1 счетчика 18.8 и через элемент ИЛИ 18.6 на счетный вход C (на второй вход элемента ИЛИ 18.6 поступает сигнал "логический 0" с выхода элемента НЕ 18.5). В результате к двоичному числу, находящемуся в счетчике 18.8 (в нашем случае 0) добавляется 1. На выходе 1 счетчика 18.8 появляется сигнал "логическая 1" (на остальных выходах - сигналы "логический 0", поступающий на дешифратор 18.9, на выходе 1 которого также появляется сигнал "логическая 1", что вызывает свечение светодиода "1 кВт" индикатора 29 (см. фиг.2) (остальное светодиоды погашены). С выхода 1 счетчика 18.8 сигнал "логическая 1" поступает на второй вход элемента И 18.12, подготавливая включение электронагревательного элемента 2. Нажатие кнопки 27 еще одни раз приводит к подготовке включения параллельно соединенных элетронагревательных элементов 3,4 (появляется сигнал "логическая 1" на выходе "2" счетчика 18.8 и, следовательно, на втором входе элемента И 18.13) и исключает включение электронагревательного элемента 2. Таким образом увеличивается суммарная мощность электронагревательных элементов, подлежащих включению.

В таблице приведено соответствие между числом нажатий кнопки 27, номерами подготовленных к включению электронагревательных элементов и их суммарной мощностью (при условии, что мощность одного электронагревательного элемента равна 1 кВт). При этом предполагается, что выключатель 18.1 не включен.

После пятикратного нажатия кнопки 27 на выходе 5 дешифратора 18.9 устанавливается состояние "логическая 1", поступающая на нижний вывод кнопки 27, что исключает срабатывание счетчика 18.8 при последующих нажатиях этой кнопки. При включении выключателя 18.1 сигнал "логическая 1" появляется на входе первого элемента ИЛИ-НЕ 18.4 после трехкратного нажатия кнопки 27, что исключает изменение состояния счетчика 18.8 при последующих нажатиях кнопки 27 и, следовательно, включение электронагревательных элементов на суммарную мощность, превышающую 3 кВт.

С помощью кнопки 28 можно уменьшать суммарную мощность включенных элетронагревательных элементов. Нажатие кнопки 28 оказывает действие на счетчик 18.8 при исчезновении с выхода "0" дешифратора 18.9 сигнала "логическая 1", т. е. при уставке мощности, отличной от 0. При однократном нажатии кнопки 28 на выходе формирователя импульса 18.3 появляется импульс "логический 0", который инвертируется элементом НЕ 18.5 и через элемент ИЛИ 18.6 поступает на счетный вход C счетчика 18.8. Так как на вход реверса "±1" этого счетчика сигнал "логическая 1" не поступает (кнопка 27 не нажата), то из числа, хранящегося в счетчике 18.8, будет вычтена 1, что приведет к уменьшению величины суммарной мощности включенных электронагревательных элементов на 1 кВт.

Пока потребитель не открыл водопроводный кран (на фиг.2 не показан) и холодная вода не поступает в корпус электроводонагревателя, с датчика давления 11 поступает на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 18.11 блока управления 18 (см. фиг.9) сигнал "логическая 1". На первый вход элемента ИЛИ-НЕ 18.11 поступают импульсы "логический 0", непрерывно генерируемые детектором нулевого уровня питающего напряжения 18.10 и следующие с частотой, равной удвоенной частоте сети переменного тока. На третий вход элемента ИЛИ-НЕ 18.11 поступает сигнал, "логический 0" с терморегулятора 17. Сигнал "логическая 1" с формирователя сигнала датчика давления 11 исключает появление на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18.11 импульсов "логическая 1", необходимых для запуска коммутаторов 18.15, 18.16, 18.17. Таким образом, несмотря на уставку суммарной мощности электронагревательных элементов коммутаторы 18.15, 18.16, 18.17 не запускаются и электронагревательные элементы 2-6 отключены от сети переменного тока.

После открытия водопроводного крана вода по трубопроводу подвода холодной воды поступает в корпус 1 и заполняет его. Когда корпус 1 и трубопровод отвода нагретой воды 23 полностью заполняются водой, давление воды в корпусе 1 повышается вследствие истечения воды через местное гидравлическое сопротивление 22. Под действием этого давления мембрана 11.1 (фиг.6) датчика давления 11 прогибается, действует на шток 11.5, который включает выключатель 11.4 и на входе формирователя сигнала датчика давления 11 появляется сигнал "логический 0". На выходе элемента ИЛИ-НЕ 18.11 появляются запускающие импульсы "логическая 1", поступающие на вторые входы элементов И 18.12, 18.13, 18.14. Эти импульсы появляются на выходах тех элементов И 18.12, 18.13, 18.14, на первые входы которых поступает сигнал "логическая 1" с соответствующего выхода счетчика 18.8. Таким образом включаются те коммутаторы 18.15, 18.16, 18.17, которые обеспечивают включение части электронагревательных элементов 2-6 с заданной суммарной мощностью. Включение электронагревательных элементов индицируется соответствующими индикаторами 19-21.

Потребитель может изменять степень нагрева воды, изменяя уставку суммарной мощности включенных электронагревательных элементов с помощью кнопок 27 и 28. Работа блока управления 18 электроводонагревателя описана выше.

Если температура воды в верхней части корпуса 1, воспринимаемая датчиком температуры 25 (фиг. 4), превышает предельное значение, установленное при настройке терморегулятора, и возникнет опасность ожога потребителя, терморегулятор 17 формирует сигнал "логическая 1", поступающий на третий вход элемента ИЛИ-НЕ 18.11, исключающий прохождение импульсов запуска коммутаторов 18.15, 18.16, 18.17 с детектора нулевого уровня питающего напряжения 18.10. Поэтому ранее включенные электронагревательные элементы отключаются от сети переменного тока. Так как температура отключения предохранительного термовыключателя 24 как минимум на 25 К превышает температуру настройки терморегулятора 17, то срабатывание предохранительного термовыключателя 24 не происходит.

При отказе терморегулятора 17 температура воды в корпусе 1 и, следовательно, температура верхней крышки 8 повышаются и при достижении температуры срабатывания предохранительного термовыключателя 24 происходит расплавление плавкого вещества 24.6 (см. фиг.7). Под действием пружины 24.7 контакт 24.5 отрывается от неподвижных контактов 24.2, 24.3 и размыкает электрическую цепь. Это происходит в каждом термовыключателе, входящем в состав предохранительного термоваключателя 24, тем самым электроводонагреватель полностью отключается от сети.

В случае отказа датчика давления 11 (фиг.2) и включения электронагревательных элементов при неполном заполнении водой корпуса 1 или без воды происходит разогрев электронагревательных элементов 2-6 и, следовательно, теплопроводной верхней крышки 8. Одновременно происходит нагрев кожуха 26 (см. фиг.4) с датчиком температуры 25 и предохранительного термовыключателя 24 (фиг. 2), которые находятся в тепловом контакте с верхней крышкой 8. При предельном значении температуры датчика 25 (фиг.4), установленном при настройке терморегулятора 17, происходит отключение элетронагревательных элементов 2-6 (как описано выше). При отказе терморегулятора отключение электронагревательных элементов осуществляет предохранительный термовыключатель 24.

Использование: для нагрева воды для бытовых нужд. Сущность изобретения: повышение надежности и улучшение потребительских качеств обеспечивается тем, что электроводонагреватель содержит корпус 1 из теплоизолирующего материала с теплопроводной верхней крышкой 8, в котором установлены трубчатые U-образные электронагревательные элементы 2-4 с токоподводящими выводами 7, расположенными в верхней крышке 8 корпуса 1, U-образный трубопровод 10 подвода холодной воды с датчиком давления 11, расположенным вместе с коленом трубопровода не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов 2-4, причем трубопровод 10 подвода холодной воды присоединен к нижней части корпуса 1, трубопровод 23 отвода нагретой воды, присоединенный к верхней крышке 8 корпуса 1, в котором установлено местное гидравлическое сопротивление 22, терморегулятор воды 17, датчик которого заключен в теплопроводный кожух, присоединенный к верхней крышке 8 корпуса 1 с возможностью теплового контакта, причем высота кожуха не превышает величины 2,5λF_б , где λ - коэффициент теплопроводности материала кожуха; F_Б - площадь поперечного сечения боковой стенки корпуса 1, предохранительный термовыключатель 24, установленный на верхней крышке 8 корпуса 1 и включенный между сетью переменного тока и шинами подвода питания к электроводонагревателю, и устройство управления. Устройство управления имеет кнопочный задатчик мощности включенных электронагревательных элементов с двумя кнопками 27 и 28, однократное нажатие первой из которых вызывает увеличение мощности включенных электронагревательных элементов, а второй - уменьшение этой мощности, и выключатель ограничения максимальной мощности. Кнопки 27 и 28 подключены через резисторы к источнику питания и через формирователи импульса первая - к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, вторая через элемент НЕ - к второму входу элемента ИЛИ. Первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, а выход - к счетному входу двоичного реверсивного счетчика, вход реверса которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а вход установки начального состояния - с выходом блока начальной установки. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 14 ил.

1. Электроводонагреватель, содержащий корпус с теплопроводной верхней крышкой, в полости которого установлены трубчатые электронагревательные элементы с токоподводящими выводами, расположенными в верхней крышке корпуса, трубопровод подвода холодной воды, присоединенный к нижней части корпуса, три коммутатора, симисторы которых соединены последовательно с электронагревательными элементами и установлены на радиаторе с возможностью теплового контакта, устройство управления, имеющее задатчик мощности с двумя кнопками, двоичным реверсивным счетчиком и подключенным к нему дешифратором, три элемента И, подключенные к дешифратору своими первыми входами, детектор нулевого уровня питающего напряжения, присоединенный входом к шине подвода питания переменного тока, а выходом к первым входам элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам коммутаторов соответственно, и блок начальной установки, присоединенный к двоичному реверсивному счетчику, терморегулятор с датчиком температуры нагретой воды, подключенный к устройству управления, датчик расхода воды, установленный на трубопроводе подвода холодной воды и подключенный через формирователь сигнала к устройству управления, предохранительный термовыключатель, установленный с возможностью теплового контакта с корпусом, источник питания постоянного тока, отличающийся тем, что трубопровод подвода холодной воды выполнен U-образным, в качестве датчика расхода применен датчик давления, расположенный вместе с коленом не ниже верхней части теплопередающей поверхности электронагревательных элементов, трубопровод отвода нагретой воды присоединен к верхней крышке корпуса и в нем установлено местное гидравлическое сопротивление, нижняя часть и боковая стенка корпуса выполнены из теплоизолирующего материала, предохранительный термовыключатель установлен на верхней крышке корпуса и включен между сетью переменного тока и шинами подвода питания к электроводонагревателю, датчик температуры нагретой воды заключен к теплопроводный кожух, присоединенный к верхней крышке корпуса с возможностью теплового контакта, а высота кожуха не превышает величины 2,5λF_б, где λ - коэффициент теплопроводности материала кожуха, Вт/(мК), F_б площадь поперечного сечения боковой стенки корпуса, м², а в устройство управления введены два резистора, через которые первая и вторая кнопки задатчика мощности своим первым контактом подключены к источнику питания постоянного тока, первый и второй формирователи импульса, подключенные к первому контакту первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно, первый элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, включенный между выходом второго формирователя импульса и вторым входом элементы ИЛИ, второй элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения, индикатор заданной мощности, присоединенный к выходам дешифратора, выключатель ограничения мощности, присоединенный к выходу "3" дешифратора и второму входу первого элемента ИЛИ-НЕ, а выходы формирователя сигнала датчика давления и терморегулятора присоединены к второму и третьему входам второго элемента ИЛИ-НЕ, соответственно, выход которого соединен с вторыми входами трех элементов И, реверсивный вход "±1" двоичного реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, счетный вход с выходом элемента ИЛИ, выход "0" дешифратора соединен с вторым контактом второй кнопки задатчика мощности, а выход "5" с вторым контактом первой кнопки задатчика мощности. 2. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что второй и третий, четвертый и пятый электронагревательные элементы соединены параллельно. 3. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что параллельно с электронагревательными элементами включены световые индикаторы. 4. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что местное гидравлическое сопротивление выполнено в виде шайбы со сквозным отверстием, изготовленной из неметаллического материала, например из термостойкой пластмассы. 5. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что датчик давления содержит мембрану, заключенную в кожух, укрепленный на кожухе выключатель со штоком, упирающимся в мембрану, ограничитель прогиба мембраны, выполненный в виде конической шайбы, внутренняя поверхность которой расположена со стороны мембраны, и имеющей сквозное отверстие для штока, установленного в это отверстие с возможностью движения. 6. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что радиатор установлен на трубопроводе подвода холодной воды с возможностью теплового контакта. 7. Электроводонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что поверхности электронагревательных элементов, верхней крышки корпуса и кожуха датчика температуры, контактирующие с водой, покрыты неметаллическим электроизолирующим материалом, например фторопластом. 8. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, то наружная боковая поверхность кожуха датчика температуры нагретой воды выполнена шестигранной, соединение кожуха с верхней крышкой корпуса осуществлено с помощью конического резьбового соединения, датчик температуры залит внутри кожуха теплопроводной, электрически изолирующей пастой, дно кожуха выполнено конусообразным с углом при вершине конуса, равным 60^o. 9. Электроводонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что предохранительный термовыключатель выполнен в виде двух термовыключателей, установленных в одном корпусе и содержащих первый и второй неподвижные контакты, снабженные вертикальными выводами, установленные с постоянным зазором между ними на теплопроводной и электрически изолирующей пластине и соединенные внахлест с третьим подпружиненным контактом посредством электропроводного плавкого вещества с температурой плавления, равной необходимой температуре отключения электроводонагревателя, и введенного между контактирующими плоскостями двух неподвижных и третьего контактов, последний из которых отстоит от вертикального вывода второго неподвижного контакта на расстоянии, превышающем величину перекрытия третьего и первого неподвижного контактов, и соединен с первым концом цилиндрической пружины, второй конец которой прикреплен к вертикальному выводу второго неподвижного контакта на расстоянии от этого вывода, превышающем половину наружного диаметра пружины, и с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через точку крепления второго конца пружины параллельно противолежащим сторонам неподвижных контактов, а ось пружины отклонена от вертикали на угол, удовлетворяющий неравенству

где β - угол отклонения оси пружины от вертикали;
a величина перекрытия третьего и первого неподвижного контактов;
B высота крепления второго конца пружины относительно верхней плоскости второго неподвижного контакта,
корпус снабжен дном, выполненным из теплопроводного материала, и вертикальной перегородкой, причем теплопроводная и электрически изолирующая пластина зажата между корпусом и дном, а вертикальная перегородка прижимает к ней первый неподвижный контакт. 10. Электроводонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что температура отключения предохранительного термовыключателя превышает температуру настройки терморегулятора не менее, чем на 25К. 11. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен с внутренней, центрально расположенной, цилиндрической трубкой, герметично соединенной с верхней крышкой, а электронагревательные элементы выполнены U-образными с расположением прямых участков на равном удалении от центральной трубки корпуса, причем нижние части двух несмежных электронагревательных элементов отогнуты к центральной трубке корпуса и охватывают без касания трубку соседнего электронагревательного элемента.