ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/20 

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

Известен электроводонагреватель [1], содержащий теплоизолированный корпус, входной и выходной патрубки, расположенные соосно с корпусом, и обечайку, снабженную электронагревателем, при этом обечайка с электронагревателем выполнена в виде струйного насоса.

Указанный электроводонагреватель имеет следующие недостатки:
- расширяющийся выход из обечайки не дает воде задерживаться в обечайке, и она не успевает нагреваться. Для получения горячей воды необходимо использовать электронагревательный элемент большой мощности, т.к. при небольших мощностях электронагревательного элемента невозможно получить горячую воду;
- при расходе горячей воды система работает как струйный насос, при этом даже если вода будет предварительно нагрета, на выходе из обечайки температура воды сразу понизится за счет поступающей холодной воды.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом является электроводонагреватель [2], содержащий снабженный патрубками подвода и отвода воды теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, размещенный в установленном вертикально в корпусе колодце (обечайки), и схему контроля.

Указанный электроводонагреватель имеет следующие недостатки. Входное и выходное отверстия обечайки имеют одинаковое сечение, нагревательный элемент расположен в нижней части обечайки. Холодная вода, поступающая в обечайку, быстро проходит через нее в верхнюю часть корпуса, не успевая нагреваться до нужной температуры, и поступает в верхнюю часть корпуса, а затем через перфорированную перегородку проходит в нижнюю часть корпуса и снова в обечайку. Для того чтобы нагреть воду до рабочей температуры (не менее 60^oС) необходимо несколько циклов, а это требует больших затрат электроэнергии и времени.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является:
- снижение затрат электроэнергии и времени за счет нагрева только определенного слоя воды, заданного потребителем, а не всего объема воды водонагревателя;
- получение нагретой до рабочей температуры воды, сразу с первого литра.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. В электроводонагревателе, содержащем снабженный патрубками подвода и отвода воды теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, закрепленный на съемном основании корпуса, схему контроля, электронагревательный элемент размещен в установленном вертикально в корпусе теплоизолированном колодце, имеющем выходное и по меньшей мере одно входное отверстие, при этом размеры выходного отверстия колодца в два раза и более меньше размеров входного отверстия. Если выполнено несколько входных отверстий, то, естественно, суммы размеров всех входных отверстий. Схема контроля включает термодатчик, который выполнен с возможностью теплового контакта с корпусом, термовыключатель и переключатель уровня нагрева воды, например, галетный переключатель.

В предлагаемом электроводонагревателе нагревается только определенный слой воды, заданный потребителем, а не весь объем. Вода нагревается в колодце до рабочей температуры (60^oС), начиная с первого литра, и поступает в верхнюю часть водонагревателя, где скапливается. За счет того, что объем колодца по сравнению с объемом водонагревателя мал, а размеры выходного отверстия колодца меньше размеров входных отверстий, воду для использования, нагретую до рабочей температуры (60^oС), можно получить уже через 15-20 минут. При этом экономятся электроэнергия и время, т.к. при небольших расходах горячей воды для бытовых нужд не приходится прогревать весь объем воды. Схема контроля, состоящая из термодатчика, термовыключателя и переключателя уровней, позволяет задать объем нагреваемой воды. Выполнение колодца теплоизолированным позволяет уменьшить потери тепла при контакте с холодной водой водонагревателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез электроводонагревателя, на фиг.2 - схема контроля уровня нагрева воды.

Электроводонагреватель содержит теплоизолированный корпус 1, патрубок подвода холодной воды 2, патрубок отвода нагретой воды 3, электронагревательный элемент 4, например ТЭН, закрепленный на основании корпуса 1 и подключенный к сети питания. Электронагревательный элемент 4 помещен в колодец 5, который установлен вертикально в корпусе либо на основании корпуса, либо на основании электронагревательного элемента. Колодец 5 может быть выполнен в виде цилиндра или удлиненного конуса, причем площадь сечения его нижней части, т.е. части, в которой размещен электроводонагреватель, больше площади сечения его верхней части. Размеры нижней части колодца определяются размерами электронагревательного элемента. Для уменьшения потери тепла при контакте с холодной водой водонагревателя стенки колодца теплоизолированы. В нижней части колодца 5 выполнены входные отверстия 6, 7, которые разнесены по высоте, в верхней части колодца имеется выходное отверстие 8 для выхода нагретой воды, размеры которого определяют величину температуры нагретой в колодце воды. Для контроля уровня нагретой воды имеется схема контроля, включающая термодатчики 9, установленные на корпусе с возможностью теплового контакта с внутренней стенкой корпуса, термовыключатели 10, переключатель уровня нагрева воды 11, например галетный переключатель. При этом термодатчики 9 установлены на корпусе на разной высоте соответственно уровням воды: 20, 50, 80 литров. Можно использовать промышленные термодатчики типа ДРТ-Б-60. Электроводонагреватель может быть заключен в декоративный кожух.

Электроводонагреватель работает следующим образом. Когда корпус 1 заполнен водой, колодец 5 также заполнен водой, поступающей через отверстия 6, 7. Галетный переключатель 11 устанавливают в соответствующее положение, например соответствующее уровню воды 20 литров, и подключают питание сети. Ввиду малого объема колодца вода в нем после включения ТЭНа начинает быстро нагреваться. По законам термодинамики горячая вода легче и стремится вверх по колодцу к выходному отверстию 8, которое имеет меньший размер, чем входные отверстия 6, 7. Причем, чем меньше размер выходного отверстия, тем выше температура воды, выходящей из колодца, и наоборот. Экспериментальным путем получено, что площадь сечения выходного отверстия должна быть меньше площади сечения входного отверстия (или суммы отверстий, если их несколько) в два раза и более. Размер выходного отверстия 8 зависит и от мощности используемого ТЭНа. При использовании более мощного ТЭНа размер выходного отверстия для сохранения заданной рабочей температуры воды увеличивается прямо пропорционально мощности ТЭНа. Холодная вода поступает в колодец через отверстия 6, 7 на место ушедшей горячей воды. В верхней части корпуса скапливается вода с заданной рабочей температурой. В процессе нагрева слой горячей воды в корпусе с рабочей температурой опускается вниз и достигает заданного галетным переключателем 11 уровня. Термодатчик 9, настроенный на рабочую температуру, например на 60^oС, срабатывает и отключает ТЭН. Горячая вода всегда находится вверху и не перемешивается с холодной, переходный слой составляет 3-4 см. Отвод горячей воды производится через патрубок 3 из верхней части корпуса. При установке галетного переключателя в крайнее положение, соответствующее полному объему воды в корпусе, горячий слой воды по мере нагрева опускается вниз до полного прогрева воды. При отборе горячей воды для бытовых нужд холодная вода, а она включена постоянно, поступает в корпус через патрубок 2, вода на уровне подключенного термодатчика охлаждается, он срабатывает и вновь подключает ТЭН, далее процесс повторяется.

При длительном использовании электроводонагревателя с нарушением правил эксплуатации выходное отверстие 8 может забиваться накипью. В этом случае предлагаемый электроводонагреватель работает, как обычный водонагреватель. Холодная вода через отверстие 6 поступает в колодец, а нагретая вода через отверстие 7 из колодца поступает в корпус, постепенно вода в корпусе прогревается. Отверстие 6 выполнено на таком уровне, чтобы его не перекрывал слой накипи, откладывающийся на основании корпуса, вполне достаточно 5-6 см, а отверстие 7 выполнено не выше уровня 1/3 высоты ТЭНа.

Работа предлагаемого изобретения подтверждена на опытном образце. При нагреве воды в баке емкостью 80 литров, при мощности ТЭНа 1,5 кВт, диаметром выходного отверстия 5 мм, входных 10-15 мм и начальной температурой воды 12^oС через 5 минут после включения ТЭНа вода на выходе электроводонагревателя имела температуру 60^oС.

Для выполнения ремонтных и профилактических работ основание корпуса выполнено разъемным.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Описание к патенту РФ 2035668 "Электроводонагреватель", заявка 4946647/06, приоритет от 17.06.91 г., опубл. 20.05.95 г., МПК F 24 Н 1/20.

2. Описание к авт. свид. СССР 1110998 "Водонагреватель", заявка 3614698/24-06, приоритет от 30.06.83 г., МПК F 24 Н 1/20, опубл. 30.06.84 г. , бюл. 32 (прототип).

Изобретение относится к электробытовым нагревательным приборам и может быть использовано для нагрева воды в бытовых условиях. В электроводонагревателе нагревательный элемент размещен в установленном вертикально в корпусе колодце, имеющем выходное и по меньшей мере одно входное отверстие, причем площадь поперечного сечения выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия, что позволяет снизить затраты электроэнергии и времени путем нагрева не всего объема воды водонагревателя, а только заданного объема. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электроводонагреватель, содержащий снабженный патрубками подвода и отвода теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, размещенный в установленном вертикально в корпусе колодце, имеющем выходное и по меньшей мере одно входное отверстие, схему контроля, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия. 2. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что схема контроля включает термодатчик, термовыключатель и переключатель уровня нагрева воды, например галетный переключатель. 3. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходного отверстия колодца меньше площади поперечного сечения его входного отверстия в два раза и более.