УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ И НАГРЕВА ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК F24H1/22 

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию и может быть использовано в качестве устройства для холодного и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, дач, парников, гаражей, железнодорожных вагонов, судов и передвижных и стационарных объектов в полевых условиях.

Известны устройства для перекачки и приготовления холодной и горячей воды [1-5] , содержащие последовательно соединенные трубопроводами бак с холодной водой, нагреватель холодной воды, накопительный бак, водяной насос с приводом от электродвигателя постоянного тока и кран разбора воды.

Недостатком данных устройств является большой расход воды, низкие надежность и долговечность вследствие применения электродвигателя постоянного тока, значительные энергозатраты на ее нагревание и транспортировку.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка горячего водоснабжения для использования в полевых условиях [6]. Установка содержит соединенные трубопроводами нагреватель на основе дизельного топлива, баки для холодной и горячей воды, жидкостные насосы с приводом от электродвигателей постоянного тока для перекачки воды и дизельного топлива, электрогенератор постоянного тока или батарею для питания электродвигателей жидкостных насосов, приборный блок с кнопками управления и разъемами для подключения электрических кабелей и штуцерами для подключения трубопроводов.

Указанная установка обладает рядом существенных недостатков: большие масса и габариты, неконтролируемый, а потому существенный расход воды, наличие двух источников энергопитания; использование дорогостоящих и недолговечных электродвигателей постоянного тока, отсутствие единого блока управления.

При создании современных санитарно-технических устройств основной целью разработчиков является уменьшение расхода воды, снижение энергозатрат на ее нагревание и транспортировку, упрощение конструкции устройства и снижение его стоимости.

Анализ показывает, что указанная установка не отвечает перечисленным требованиям. Экспериментально установлено, что для гигиенической обработки тела человека достаточно 5 литров воды. Отсутствие в конфигурации установки соответствующих контрольно-дозирующих устройств приводит к перерасходу воды, т.к. большая ее часть не участвует в процессе санитарно-гигиенической обработки объекта. Кроме того, в установке применены два источника энергопитания. Дизельное топливо используется в данном источнике для нагрева воды, в другом - для дизельного генератора. Энергия дизельного топлива в первом случае преобразуется в тепло, в другом - в энергию электрического тока. В результате кпд всей установки в целом оказывается ниже кпд первого преобразователя, которое, как известно, является одним из самых низкоэффективных преобразователей энергии. Наконец электродвигатели постоянного тока дорогие, недолговечные и сильно шумят. Поэтому их использование весьма необосновано, является шагом неоправданным, хотя и вынужденным.

Задачей изобретения является создание устройства подачи и нагрева воды, отличающегося экономичностью, эффективностью, малыми габаритами и массой при высокой надежности и долговечности.

Технический результат достигается тем, что устройство подачи и нагрева воды содержит соединенные трубопроводом входной обратный клапан давления, водяной насос с электроприводом, водонагреватель, встроенный в трубопровод датчик давления, размещенный в водонагревателе датчик температуры, блок управления, подключенный к электроприводу водяного насоса, датчику давления и датчику температуры, дозатор жидкости, выполненный в виде гидроаккумулятора с гидравлическими или электрическими клапанами, связанный со входом водонагревателя через клапан и с выходом водяного насоса, причем электропривод водяного насоса выполнен на основе трехфазного электродвигателя переменного тока с полупроводниковыми преобразователями напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока, а водонагреватель выполнен в виде резервуара с электрическим нагревателем и резервуар соединен с воздухоотводчиком. Кроме того, в трубопроводе, соединяющем входной обратный клапан и водяной насос, и в водонагревателе размещены соответственно первый и второй сигнализаторы уровня жидкости, электрически связанные с блоком управления, при этом блок управления выполнен на основе микропроцессора. Кроме того, выходы дозатора и водонагревателя через трубопроводы и раздаточный кран связаны с центробежной распылительной форсункой, и водонагреватель содержит датчик перегрева, электрически соединенный с блоком управления, а водяной насос связан через входной обратный клапан давления с баком с холодной водой, в котором расположен уровнемер жидкости, и с датчиком давления, расположенном в трубопроводе, соединяющем водяной насос и дозатор жидкости.

Введенный в предлагаемое устройство дозатор представляет собой гидроаккумулятор с гидравлическими клапанами. Дозатор в устройстве устраняет перерасход воды, выполняет функцию формирования строго определенных порций расходуемой воды.

На выходе устройства, в случае его применения в качестве душевой установки, используется центробежная форсунка, выходное сопло которой формирует мелкодисперсный факел распыляемой жидкости, воздушно-эмульсионная структура которого увеличивает эффективность смыва обрабатываемого объекта. Данная форсунка увеличивает не только эффективность смыва, но и наряду с дозатором способствует устранению перерасхода воды, т.к. ее конфигурация обеспечивает соответствие объемов воды, необходимых для санитарно-гигиенической обработки объекта и расходуемых форсункой.

При заборе жидкости из исходного бака с холодной водой ее расход дополнительно контролируется расположенными в баке волоконно-оптическим уровнемером жидкости, главное достоинство которого в данном конкретном случае заключается в высокой точности измерения текущего уровня жидкости. Так, в баке глубиной 3 м текущий уровень жидкости измеряется с точностью до 5 мм.

Техническое решение, направленное на совместное и одновременное использование вышеописанных дозатора жидкости, центробежной форсунки с мелкодисперсным распылительным факелом и волоконно-оптическим уровнемером жидкости, практически устраняет перерасход воды предлагаемым устройством подачи и нагрева воды.

По новому решена задача электропривода водяных насосов. В качестве электродвигателя применен трехфазный электродвигатель переменного тока с полупроводниковым преобразователем напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Поскольку трехфазные электродвигатели переменного тока являются дешевыми, надежными и долговечными, то резко возросли надежность и долговечность при низкой стоимости всей установки в целом, а такие характеристики недостижимы в настоящее время для существующих известных устройств.

В предлагаемом устройстве вода нагревается электронагревателем, который питается от сети постоянного тока или от электрогенератора. От этого же источника питаются электродвигатели водяного насоса и остальная электрическая сеть.

В устройстве предусмотрены первый дополнительный уровень защиты от несанкционированных ситуаций. Первый уровень обеспечивается традиционными датчиками давления и температуры, а также микропроцессорным блоком управления. Дополнительный уровень защиты обеспечивают высоконадежные сигнализаторы уровня жидкости. Первый сигнализатор расположен между обратными клапанами и водяным насосом и при отсутствии воды в этих агрегатах и соединяющем их трубопроводе никогда не выдает сигнал блоку управления на включение насоса на холостом ходу. Второй сигнализатор уровня жидкости подобным же образом предохраняет включение электронагревателя воды при отсутствии в емкости жидкости.

Устройство подачи и нагрева воды (см. чертеж) содержит обратный клапан 1, сигнализаторы уровня жидкости 2 и 3, водяной насос с электродвигателем переменного тока 4, датчик давления 5, дозатор - гидроаккумулятор 6, комбинированный клапан 7, резервуар нагреваемой воды 8 с электронагревателем 9, воздухоотводчик 10. Датчик температуры 11, датчик перегрева 12, сливные краны 13, 14, 15, бак с холодной водой 16, волоконно-оптический уровнемер жидкости 17, блок управления 18, раздаточный кран 19, центробежная форсунка 20, рециркуляционный кран 21.

Устройство работает следующим образом. Оперативное включение электродвигателя водяного насоса 4 осуществляется с пульта блока управления 18. Насос 4 начинает перекачивать воду в устройство из исходного бака с холодной водой 16 или из внешней водной магистрали. Вода поступает в трубопроводы устройства через обратный клапан 1 и ее наличие воспринимается первым сигнализатором уровня жидкости 2. В период времени от начала работы насоса 4 до соприкосновения поступившей воды с чувствительным элементом сигнализатора 2 блокирующий сигнал сигнализатора устраняется блоком управления 18. Водяной насос 4 нагнетает воду до давления в трубопроводах и емкостях устройства. Необходимый уровень давления контролируется датчиком 5 и постоянно согласовывается с блоком управления 18 в режиме реального времени. Вода заполняет гидроаккумулятор 6 и из него строго дозированными порциями поступает либо в центробежную форсунку 20 через раздаточный кран 19, либо через комбинированный клапан 7 в резервуар для нагрева воды 8.

Блок управления 18 включает электронагреватель 9 резервуара 8 только после поступления разрешающего сигнала от сигнализатора уровня жидкости 3. Процесс нагрева воды в резервуаре 8 контролируется блоком управления 18 на основе показаний датчика температуры 11 и датчика перегрева 12. Горячий воздух и пар отводятся из резервуара 8 через воздухоотводчик 10. Нагретая вода по сигналу с блока управления 18 поступает через раздаточный кран 19 в выходную форсунку 20. Слив воды из трубопроводов устройства осуществляется через сливные краны 13, 14 и 15. При повторных включениях устройства для нагрева оставшейся в трубопроводах воды предусмотрены трубопровод и рециркуляционный кран 21.

Предложенное устройство подачи и нагрева воды испытано в реальных полевых условиях, подтверждены высокие экономические характеристики и эксплуатационные параметры.

Источники информации
1. RU 5965, МКИ В 61 D 27/00, 1998 г.

2. RU 7646, МКИ В 61 D 27/00, 1998 г.

3. RU 2110428, MKИ B 61 D 27/00, 1998 г.

4. RU 2040738, МКИ F 24 H 6/00, 1995 г.

5. US 4383419, МКИ F 25 В 27/02, 1983 г.

6. US 5524820, МКИ F 24 Н 1/22, 1996 г.

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию и может быть использовано в качестве устройства для холодного и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, дач, парников, гаражей, железнодорожных вагонов, судов и передвижных и стационарных объектов в полевых условиях. Устройство подачи и нагрева воды содержит соединенные трубопроводом входной обратный клапан давления, водяной насос с электроприводом, водонагреватель, встроенный в трубопровод датчик давления, размещенный в водонагревателе датчик температуры, блок управления, подключенный к электроприводу водяного насоса, датчику давления и датчику температуры, и отличается тем, что введен дозатор жидкости, выполненный в виде гидроаккумулятора с гидравлическими или электрическими клапанами, связанный со входом водонагревателя через клапан и с выходом водяного насоса. Кроме того, электропривод водяного насоса выполнен на основе трехфазного электродвигателя переменного тока с полупроводниковыми преобразователями напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока, а водонагреватель выполнен в виде резервуара с электрическим нагревателем, и резервуар соединен с воздухоотводчиком. Особенностью устройства подачи и нагрева воды является то, что в трубопроводе, соединяющем входной обратный клапан и водяной насос, и в водонагревателе размещены соответственно первый и второй сигнализаторы уровня жидкости, электрически связанные с блоком управления, и блок управления выполнен на основе микропроцессора, выходы дозатора и водонагревателя через трубопроводы и раздаточный кран связаны с центробежной распылительной форсункой, водяной насос связан через входной обратный клапан давления с баком с холодной водой, в котором расположен уровнемер жидкости, водонагреватель содержит датчик перегрева, электрически соединенный с блоком управления, и датчик давления расположен в трубопроводе, соединяющем водяной насос и дозатор жидкости. Такое выполнение устройства позволит повысить его экономичность, эффективность, уменьшить габариты и массу при высокой надежности и долговечности. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство подачи и нагрева воды, содержащее соединенные трубопроводом входной обратный клапан давления, водяной насос с электроприводом, водонагреватель, встроенный в трубопровод датчик давления, размещенный в водонагревателе датчик температуры, блок управления, подключенный к электроприводу водяного насоса, датчику давления и датчику температуры, отличающееся тем, что введен дозатор жидкости, выполненный в виде гидроаккумулятора с гидравлическими или электрическими клапанами, связанный со входом водонагревателя через клапан и с выходом водяного насоса, при этом электропривод водяного насоса выполнен на основе трехфазного электродвигателя переменного тока с полупроводниковыми преобразователями напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока, а выходы дозатора и водонагревателя через трубопроводы и раздаточный кран связаны с центробежной распылительной форсункой. 2. Устройство подачи и нагрева воды по п. 1, отличающееся тем, что водонагреватель выполнен в виде резервуара с электрическим нагревателем. 3. Устройство подачи и нагрева воды по п. 2, отличающееся тем, что резервуар соединен с воздухоотводчиком. 4. Устройство подачи и нагрева воды по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что в трубопроводе, соединяющем входной обратный клапан и водяной насос, и в водонагревателе размещены соответственно первый и второй сигнализаторы уровня жидкости, электрически связанные с блоком управления. 5. Устройство подачи и нагрева воды по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что блок управления выполнен на основе микропроцессора. 6. Устройство для подачи и нагрева воды по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что водяной насос связан через входной обратный клапан давления с баком с холодной водой, в котором расположен уровнемер жидкости. 7. Устройство подачи и нагрева воды по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что водонагреватель содержит датчик перегрева, электрически соединенный с блоком управления. 8. Устройство подачи и нагрева воды по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что датчик давления расположен в трубопроводе, соединяющем водяной насос и дозатор жидкости.