ПЕРЕГОРОДКА НА ВПУСКЕ ХОЛОДНОЙ ВОДЫ ДЛЯ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ С ТЕПЛОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ Российский патент 2016 года по МПК F24H9/12 

Настоящее изобретение относится к перегородке, установленной на впускной трубе для холодной воды водонагревателя с тепловым аккумулятором и имеющей целью ослабление отрицательного влияния так называемого "перемешивания" и доведение до максимума количества воды, которая может подаваться при рабочей температуре.

Водонагреватели с тепловым аккумулятором обычно содержат бак, фланец, на котором установлено одно или несколько сопротивлений, термостатическую оболочку с одним или несколькими датчиками температуры, антикоррозионное устройство (обычно из магниевого анода), впускную трубу для подачи холодной воды в нижнюю часть бака и выпускную трубу для подачи из верхней части резервуара горячей воды, нагретой до температуры использования около 40°.

В последнее время в наиболее усовершенствованных водонагревателях с тепловым аккумулятором применяются конструктивные средства, направленные на преодоление или по меньшей мере сведение к минимуму недостатков, возникающих вследствие так называемого "перемешивания", т.е. феномена, который имеет место в баке-накопителе, когда во время отбора горячей воды впускаемая холодная вода имеет тенденцию перемешиваться с уже находящейся в нем водой, что приводит к снижению температуры до более низкого уровня, чем требуется пользователю.

Описанное перемешивание влечет общее снижение эффективности использования энергии водонагревателя, пропорциональное уменьшению количества пригодной для использования воды до нового термостатирования, и, как следствие, увеличение времени ожидания нагрева воды. Общеизвестно, что влияние перемешивания может быть ослаблено за счет впуска холодной воды в максимально горизонтальном направлении и с невысокой скоростью с тем, чтобы обеспечить преимущественное расслоение холодной воды в нижней части бака, ограничить перемешивание с горячей водой и возникновение турбулентных течений.

Этот результат частично достижим за счет применения перегородок, расположенных над концом впускной трубы, чтоб предотвратить поступление холодной воды в бак преимущественно в вертикальном направлении.

Примеры осуществления устройств этого рода описаны в патентах US 2123809, US 6510819 и CN 2828656, в которых предложены перегородки, которые могут устанавливаться поверх впускной трубы, и имеют форму зонтообразного колпака, керамической трубы или полусферического колпака.

Один из дополнительных примеров перегородки этого типа описан в заявке WO 2005/093337, поданной заявителем настоящей заявки, в которой среди различных разновидностей предложена перегородка в форме полусферического колпака, непосредственно закрепленного на впускной трубе с помощью пластмассовой вставки, помещающейся между перегородкой и выпускным концом трубы.

Другой аналогичный пример приведен в патенте EP 2357242, в котором описаны устройства для впуска и выпуска воды в бак и из бака, прикрепленные к впускным и выпускным трубам и снабженные наружным кожухом, представляющим собой спиральный элемент, ограничивающий периферические боковые отверстия для прохождения воды.

Конструктивные средства второго типа, также имеющие целью замедлить поток впускаемой холодной воды и направить его таким образом, чтобы уменьшить турбулентность и перемешивание, применяются непосредственно на впускной трубе.

Один из примеров этого типа описан в заявке CN 201331184, в которой впускная труба снабжена отверстиями увеличивающегося диаметра, выполненными в ее боковых стенках.

В заявке US 2008/0302315, которая является продолжением заявки CN 201331184, описана впускная труба, снабженная отверстиями и прорезями не только в боковых стенках, но также в колпаке, закрывающем ее верхний выпускной конец. Тем не менее, устройства обоих этих типов как с дополнительной перегородкой, так и с впускной трубой со специальными отверстиями имеют недостатки механического характера из-за их быстрого износа под действием давления впускаемой воды.

В основу настоящего изобретения положена задача преодоления таких недостатков за счет перегородки, способной лучше выдерживать давление впускаемой воды с течением времени.

Одной из дополнительных задач настоящего изобретения является создание перегородки, приспособленной улучшать расслоение впускаемой холодной воды и дополнительно уменьшать перемешивание.

Решение этих и других задач, которые станут ясны далее, достигается за счет перегородки на впуске воды по п. 1.

Решение других задача также может достигаться за счет дополнительных признаков зависимых пунктов.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут более ясными из следующего далее описания некоторых предпочтительных вариантов его осуществления, охарактеризованных в формуле изобретения и проиллюстрированных в качестве неограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:

на фиг. 1 показана перегородка согласно изобретению,

на фиг. 2 схематически показан вертикальный разрез бака водонагревателя с установленной перегородкой согласно изобретению,

на фиг. 3А и 3Б показан вертикальный разрез двух разновидностей конфигурации одного из компонентов перегородки согласно изобретению,

на фиг. 4 показан разрез перегородки согласно изобретению, иллюстрирующий протекающие через нее и направляемые ей потоки холодной воды.

Далее признаки изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что, несмотря на схематичность, описанные выше чертежи воспроизводят компоненты устройства с сохранением пропорций между их размерами и ориентацией в пространстве в соответствии с возможным вариантом осуществления. Следует также отметить, что любое обозначение размеров и ориентации в пространстве (такое как "нижний", "верхний", "внутренний", "наружный", "передний", "задний" и т.п.) относится к положению, в котором компоненты перегородки и водонагревателя показаны на прилагаемых чертежах, без какого-либо ограничения возможных условий эксплуатации.

Позицией 1 на фиг. 1 обозначена перегородка в целом согласно настоящему изобретению, содержащая три компонента, которые взаимодействуют с целью замедления и направления входящего потока холодной воды.

Позицией 2 на фиг. 3А и 3Б обозначена цилиндрическая пружина, содержащая заданное число свободных витков 2.2 в зависимости от задач, выполнение которых требуется от конкретной модели водонагревателя (как пояснено далее).

Термин "свободные витки" означает витки, отстоящие на определенное расстояние от соседних витков, в результате чего между витками образуются отверстия.

Такие свободные витки 2.2 расположены между верхними витками 2.1 и нижними витками 2.3 пружины 2, которые именуются "фиксированными витками", т.е. витками, которые расположены вблизи друг друга без отверстий между ними и упруго не изменяют свою форму при эксплуатации перегородки 1.

Нижние витки 2.3 и свободные витки 2.2 имеют преимущественно одинаковый диаметр, а верхние 2.1 имеют постепенно уменьшающийся диаметр, сходящий почти полностью на конус, закрывающий верх пружины 2; в любом случае сохраняется вершинное отверстие 2.4, как показано на фиг. 3А и 3Б.

Пружина обычно изготовлена из нержавеющей стали, предпочтительно марки AISI 302 или 316. Позицией 5 обозначена вставка из композиционного материала, такого как нейлон или полипропилен, которая сжимает пружину 2 и соединяет ее фиксированные витки 2.3 с верхним концом вставки 5.

Более точно, взаимосвязь между пружиной 2 и нижележащей вставкой 5 может обеспечиваться путем совместного формования или свинчивания изнутри или снаружи вставки 5, при этом в обоих случаях может обеспечиваться самосвинчивающееся соединение.

Позицией 4 обозначен колпак, предпочтительно из того же композиционного материала, что и вставка 5, который закрывает верх спиральной пружины 2.

Внутри колпака 4 имеется выступ 4.1, приспособленный входить в вершинное отверстие 2.4 пружины 2 и выполнять функцию ограничителя между пружиной 2 и колпаком 4 и функцию реле расхода впускаемой воды, как пояснено далее.

На фиг. 2 схематически показан бак-накопитель S водонагревателя, при этом проиллюстрировано лишь минимальное число элементов, необходимых для пояснения задач настоящего изобретения, и, соответственно, показана только впускная труба 6 для холодной воды и выпускная труба 7 для горячей воды, которые в обоих случаях вставлены в бак S посредством соединительной части в резьбовых муфтах M снаружи бака S.

Перегородка 1 прикреплена к участку впускной трубы 6, помещающемуся в муфте М, посредством вставки 5, наружный диаметр которой преимущественно равен внутреннему диаметра трубы 6, что позволяет прикреплять ее путем вдавливания. Нижний конец вставки 5 также снабжен кольцевым выступом 5.1, приспособленным входить в соответствующую канавку 6.1, выполненную внутри трубы 6.

На фиг. 4 схематически показана функция, выполняемая перегородкой 1, прикрепленной к впускной трубе 6 описанным способом.

Как показано стрелками, достаточно сильная струя впускаемой холодной вода под давлением в водопроводе протекает через вставку 5 и поступает в вертикальном направлении во внутреннее пространство 3 пружины 2 до ее верха, где ее траектория прерывается колпаком 4. Кроме того, выступ 4.1 колпака 4 способствует образованию нисходящего потока, окружающего восходящий поток. Соответственно, поток холодной воды принудительно возвращается в сторону внутреннего пространства 3 пружины 2 и, следовательно, может поступать в бак S в радиальном направлении через отверстия между свободными витками 2.2 пружины 2.

Таким образом, перегородка 1 обеспечивает как замедление потока впускаемой воды, траекторию которого в вертикальном направлении прерывает колпак 4, так и направление потока по горизонтали через отверстия между свободными витками 2.2 пружины 2.

Описанная перегородка 1 не подвержена механическому износу, который часто происходит при использовании известных перегородок, конструктивная жесткость которых по существу плохо сочетается с механическим воздействием впускаемой воды под давлением, из-за чего приходится их заменять.

Напротив, заявленная перегородка 1 за счет пружины 2 обладает достаточной упругостью, чтобы поглощать ударную силу впускаемой воды, что значительно продлевает срок ее службы.

Кроме того, в отличие от известных устройств описанная перегородка 1 позволяет улучшать расслоение холодной воды, дополнительно уменьшая перемешивание и повышая эффективность использования энергии водонагревателя, что обеспечивает пользователя большим количеством горячей воды, нагретой до температуры использования.

Лабораторные испытания показали, что при использовании перегородки 1 с пружиной высотой около 40 мм, внутренним диаметром 8-10 мм, одиннадцатью свободными витками 2.2 с шагом между ними 2-3 мм из проволоки с сечением около 1 мм количество горячей воды, которая может подаваться нагретой до температуры использования 40°, увеличивается на 10-13% по сравнению со стандартной перегородкой, используемой водонагревателях такого же типа емкостью 15 литров. Кроме того, при использовании перегородки 1 с пружиной высотой около 40 мм, внутренним диаметром 8-10 мм, одиннадцатью свободными витками 2.2 с шагом между ними 2-3 мм из проволоки с сечением около 1 мм в водонагревателях большей емкости, например, 80 литров количество горячей воды, которая может подаваться нагретой до температуры использования, увеличивается на 7-10%.

Эти результаты получены при использовании перегородки 1 с пружиной 2 конкретной конфигурации, показанной на фиг. 3А, т.е. пружиной 2, у которой свободные витки 2.2 расположены очень близко друг к другу с тем, чтобы направлять входящий поток воды на особо низком уровне бака S с достижением оптимальной степени расслоения.

Тем не менее, даже при использовании перегородки 1 с показанной на фиг. 3Б более длинной пружиной 2 со свободными витками 2.2, образующими большие отверстия, обеспечивается повышение эффективности использования энергии по сравнению со стандартной перегородкой.

Разновидность, проиллюстрированная на фиг. 3Б, необходима в водонагревателях некоторых типов, в которых впускаемая вода поступает в бак S с более высокой скоростью и в виде более сильной струи, при этом за счет увеличения в продольном направлении протяженности внутреннего пространства 3 пружины 2 по-прежнему достигается поглощение ударной волны потока воды во избежание механического износа перегородки 1.

Специалистам в данной области техники ясно, что возможно несколько вариантов описанной перегородки 1, не выходящих за пределы изобретательского замысла, а также, что при практическом осуществлении изобретения различные описанные компоненты могут быть заменены техническими эквивалентами. Например, на чертежах показано, что перегородка 1 снабжена пружиной 2 с заданным числом (11 в данном случае) свободных витков 2.2, которое согласно лабораторным испытаниям обеспечивает приведенные выше отличные результаты.

Тем не менее, у водонагревателей некоторых типов с другой емкостью или с использованием других технологий пружины 2 могут иметь другое число свободных витков 2.2 с переменным шагом между ними или другие номинальные размеры (высоту, внутренний диаметр, сечение проволоки), отличающиеся от приведенных в примерах выше.

Аналогичным образом, несмотря на то, что показан вариант перегородки 1 с колпаком 4, закрывающим верх пружины 4, также может использоваться вариант без такого колпака 4 с достижением аналогичных, хотя и несколько менее эффективных результатов, чем в стандартном варианте, поскольку за счет формы верхних витков 2.1 пружины 2 в любом в случае предотвращается выход большей части потока впускаемой воды из перегородки 1 в вертикальном направлении через суженное вершинное отверстие 2.4.

Кроме того, также может быть реализован вариант перегородки 1, в котором диаметр витков пружины 2 является преимущественно постоянным на всем протяжении от нижних витков 2.3 до верхних витков 2.1, которые, соответственно, уже не имеют тенденции сходиться на конус; тем не менее, в этом случае колпак 4, закрывающий вершинное отверстие 2.4 сверху пружину 2, является обязательным для предотвращения поступления потока впускаемой воды через внутреннее пространство 3 пружины и выхода через верх преимущественно в вертикальном направлении.

Наконец, следует отметить, что перегородка 1 может быть реализована без вставки 5, и пружина 2 может быть непосредственно соединена с выпускным концом впускной трубы 6 для холодной воды. По существу, с точки зрения решения задач настоящего изобретения фундаментальный элемент перегородки 1 состоит из пружины 2, всегда соосно установленной на выпускном конце впускной трубы 6 для холодной воды и имеющей конкретную конфигурацию, т.е. преимущественно сомкнутый верх для предотвращения выхода большей части потока холодной воды в вертикальном направлении (в варианте, в котором отсутствует колпак 4, и фиксированные верхние витки 2.1 имеют постепенно уменьшающийся диаметр) или всего такого потока (в предпочтительном варианте, в котором используется колпак 4). Перегородка 1 может применяться в водонагревателях с тепловым аккумулятором как с вертикальной осевой ориентацией (как показано на чертежах), так и с горизонтальной осевой ориентацией и, соответственно, может устанавливаться как на колпаке бака S, так и на его винтовом соединении.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в водонагревателях с тепловыми аккумуляторами с целью ослабления отрицательного влияния перемешивания воды. Сущность изобретения: на впуске холодной воды в бак устанавливается перегородка, которая содержит вставку из композиционного материала, установленную на верхнем конце впускной трубы для холодной воды, пружину со свободными промежуточными витками и отверстиями между ними, колпак, закрывающий верх пружины. Входящий поток холодной воды протекает через вставку и поступает в вертикальном направлении во внутреннее пространство пружины до ее верха, где его траектория прерывается колпаком, направление потока меняется и он возвращается обратно и поступает в бак через радиальные отверстии между промежуточными витками пружины. Такое выполнение перегородки повышает эффективность использования энергии за счет устранения перемешивания воды. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Перегородка (1) на впуске холодной воды, связанная с трубой (6) для впуска холодной воды в бак (S) водонагревателя с тепловым аккумулятором, содержащая цилиндрическую пружину (2):
- соосно установленную на выпускном конце впускной трубы (6),
- имеющую преимущественно сомкнутый верх для предотвращения выхода большей части холодной воды в вертикальном направлении,
- фиксированные нижние витки (2.3), расположенные вблизи друг друга, и фиксированные верхние витки (2.1), расположенные вблизи друг друга,
- имеющую свободные промежуточные витки (2.2), разнесенные друг от друга с отверстиями между одним свободным промежуточным витком (2.2) и соседними витками, позволяющими холодной воде выходить в горизонтальном направлении,
отличающаяся тем, что
дополнительно содержит колпак (4), служащий для закрывания верха пружины (2) и снабженный изнутри выступом (4.1), приспособленный для входа в вершинное отверстие (2.4) указанного верха пружины (2).

2. Перегородка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что фиксированные нижние витки (2.3) и промежуточные свободные витки (2.2) имеют постоянный диаметр, а фиксированные верхние витки (2.1) имеют постепенно уменьшающийся диаметр и почти полностью сходят на конус, закрывая верх пружины (2).

3. Перегородка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что витки (2.1, 2.2, 2.3) имеют постоянный диаметр на всем вертикальном протяжении пружины (2).

4. Перегородка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вставку (5), приспособленную для установки на впускной трубе (6) для холодной воды и связанную с цилиндрической пружиной (2).

5. Перегородка (1) по п. 4, отличающаяся тем, что взаимосвязь между пружиной (2) и вставкой (5) обеспечивается путем совместного формования пружины (2) на верхнем конце вставки (5).

6. Перегородка (1) по п. 4, отличающаяся тем, что взаимосвязь между пружиной (2) и вставкой (5) обеспечивается путем привинчивания пружины (2) к верхнему концу вставки (5).

7. Перегородка (1) по любому из пп. 4-6, отличающаяся тем, что вставка (5) имеет наружный диаметр, преимущественно равный внутреннему диаметру впускной трубы (6) для холодной воды, что позволяет прикреплять ее путем вдавливания, и снабжена кольцевым выступом (5.1) на нижнем конце, приспособленным входить в канавку (6.1), выполненную внутри впускной трубы (6) для холодной воды.

8. Перегородка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что пружина (2) имеет высоту 40-50 мм, внутренний диаметр 8-15 мм, 10-12 промежуточных витков (2.2) с шагом 2-3 мм и сечение проволоки около 1 мм.

9. Перегородка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что пружина (2) изготовлена из нержавеющей стали, предпочтительно марки AISI 302 или 316.

10. Перегородка (1) по любому из пп. 4-6, отличающаяся тем, что вставка (5) состоит из композиционного материала, например нейлона или полипропилена.

11. Водонагреватель с тепловым аккумулятором, содержащий бак (S), снабженный:
- впускной трубой (6) для холодной воды, приспособленной для подачи воды в нижнюю часть бака (S),
- выпускной трубой (7) для горячей воды, приспособленной для подачи воды в верхнюю часть бака (S),
- перегородкой (1) по любому из пп. 1-10, установленной над впускной трубой (6) и приспособленной направлять входящий поток воды.