БЫТОВОЙ ПЛОСКИЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ С ПОГРУЖНЫМ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НЕПРЯМОГО НАГРЕВА Российский патент 2020 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к бытовому водонагревателю и к способу его эксплуатации.

В жилых домах, в частности в квартирах, плоские водонагреватели устанавливают обычно в жилом пространстве.

Такой водонагреватель обычно содержит экранированный электрический нагревательный элемент, погруженный в воду в каждом резервуаре водонагревателя. Нагревательный элемент данного типа имеет повышенный коэффициент теплопередачи, следствием чего является повышенная температура стенки нагревательного элемента, находящейся в непосредственном контакте с водой.

Поэтому, когда нагреватель включен для получения горячей воды, например, вечером, на поверхности горячей стенки каждого нагревательного элемента возникает процесс теплоотдачи. Этот процесс порождает шум (бурное кипение на поверхности), который может беспокоить обитателей жилого дома, оснащенного таким водонагревателем, особенно при возникновении шума вечером, тем более ночью. Влияние этого шума особенно возрастает при наличии в водонагревателе двух нагревательных элементов.

Кроме того, известное явление образования накипи на нагревательном элементе усугубляется вследствие высокой температуры поверхности стенки нагревательного элемента.

С учетом вышеизложенного было бы полезно, в частности, сконструировать бытовой плоский водонагреватель, в котором ограничен шум, связанный с кипением воды, и ослаблено явление образования накипи.

Таким образом, целью изобретения является обеспечение бытового водонагревателя, характеризующегося тем, что он содержит по меньшей мере два резервуара, каждый из которых обработан антикоррозионным покрытием либо изготовлен из коррозионно-стойкого материала и каждый предназначен для содержания в нем нагреваемой воды, причем каждый резервуар содержит по меньшей мере один электрический нагревательный элемент, помещенный в корпус, который обработан антикоррозионным покрытием либо изготовлен из коррозионно-стойкого материала способом, совместимым с резервуаром, и предназначен для погружения в воду в резервуаре, причем корпус герметично соединен с резервуаром и при этом упомянутый выше по меньшей мере один электрический нагревательный элемент окружен воздухом внутри корпуса так, что вода в резервуаре косвенным или непрямым способом нагревается излучением от упомянутого выше по меньшей мере одного электрического нагревательного элемента в корпусе.

Вода, содержащаяся в резервуаре, косвенным или непрямым образом нагревается от электрического нагревательного элемента в корпусе излучением, испускаемым через воздух, окружающий нагревательный элемент. Поскольку для нагрева излучением используется воздух, а не специальный газ, не требуется герметизация внутренней части корпуса по отношению к наружному оснащению резервуара. Герметизация корпуса выполняется между внутренней частью резервуара и корпусом для воспрепятствования прохождению воды между корпусом и резервуаром, например, основанием резервуара, если корпус смонтирован на основании напрямую либо через промежуточный элемент. Воздух окружающей среды может по существу циркулировать между внутренней частью корпуса и наружным оснащением резервуара, например, компонентом, расположенным ниже резервуара. Поэтому особенно простым является техническое обслуживание электрического нагревательного элемента или нагревательных элементов. Следует заметить, что корпус может быть напрямую герметично закреплен на резервуаре (например, на основании или на кромке резервуара) или герметично прикреплен к промежуточной детали, которая в свою очередь напрямую герметично закреплена на резервуаре. Расположение нагревательного элемента в корпусе приводит к ограничению температуры на наружной поверхности корпуса, контактирующей с водой в резервуаре. При этом ослабляется шум вследствие процесса теплопередачи между электрическим нагревательным элементом и водой в резервуаре.

Кроме того, практика применения одного и того же материала для резервуара и корпуса(ов), содержащего(их) нагревательный элемент (элементы) (когда резервуар покрыт изнутри эмалью либо на сталь нанесено другое антикоррозионное покрытие и на корпус нанесена снаружи эмаль либо это другое антикоррозионное покрытие или резервуар изготовлен из того же коррозионно-стойкого материала, который является металлом или неметаллом, что и корпус) позволяет избежать явлений аккумулирования электрического заряда, ускоряющих коррозию. Таким образом, используемый для защиты от коррозии расходный анод, если он установлен в резервуаре (не является обязательным), изнашивается менее быстро, нежели при использовании материалов разного вида.

Резервуары обычно имеют цилиндрическую форму и расположены бок о бок.

Такой водонагреватель именуют "плоским" в том смысле, что один из его размеров (два размера определяют в направлении, перпендикулярном оси цилиндров) меньше другого, представляющего собой размер, вдоль которого расположены бок о бок два резервуара. Меньший размер водонагревателя соответствует обычно размеру одного из двух резервуаров (диаметру цилиндра), в то время как другой размер водонагревателя обычно выражается суммой размеров двух резервуаров с приращением на зазор между двумя резервуарами. Совокупный объем двух резервуаров водонагревателя уместится в цилиндрическом сосуде с более крупными габаритами (с диаметром большей величины) по сравнению с размерами двух резервуаров, измеренными по перпендикуляру к оси цилиндра. Водонагреватель скомпонован в виде двух (или более) расположенных бок о бок резервуаров, визуально представленных при этом в плоском виде (в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндров) по отношению к большому резервуару совокупного объема. Такая геометрия водонагревателя подходит, в частности, для установки в помещениях бытового назначения, где иногда имеют место малые жилищные объемы и стесненные условия. В случае такой установки фактор снижения шума приобретает повышенное значение. Следует заметить, что два резервуара не являются обязательным объемом.

Согласно другим возможным отличительным признакам изобретения:

- корпус, содержащий электрический нагревательный элемент, расположен с наклоном по отношению по меньшей мере к одной стенке резервуара; такое расположение способствует перестановке водонагревателя в несколько положений, включая горизонтальное или вертикальное положение; когда водонагреватель установлен горизонтально, он располагается таким образом, что корпус каждого резервуара наклонен вниз, чтобы в этом положении нагреть воду, находящуюся в глубине водонагревателя - иными словами, воду, расположенную вдоль одной из стенок водонагревателя;

- корпус наклонен относительно оси, определяющей максимально большой размер резервуара (обычно оси цилиндра или именуемой ободом цилиндрической части резервуара) на угол от 5 до 15 градусов;

- каждый электрический нагревательный элемент выполнен из керамики;

- каждый электрический нагревательный элемент относится к экранированному типу, в частности, к типу с экранированной оболочкой;

- корпуса и резервуары изготовлены из эмалированной стали; изготовленный из эмалированной стали корпус имеет более низкую поверхностную мощность (например, 4 Вт/см²), нежели экранированный нагревательный элемент, напрямую контактирующий с водой (например, 8-10 Вт/см²); вследствие этого уменьшается образование накипи;

- каждый резервуар содержит (при том, что указанный резервуар обработан антикоррозионным составом, в частности, покрыт эмалью, и резервуар и корпус изготовлены при этом из эмалированной стали) по меньшей мере один расходный анод дополнительной защиты от коррозии, предназначенный для погружения в воду, содержащуюся в резервуаре;

- указанный по меньшей мере один анод смонтирован на корпусе или на указанном резервуаре;

- электрическая мощность каждого электрического нагревательного элемента составляет от 500 до 3000 Вт; такие значения, особенно подходят для бытовых водонагревателей, установленных в жилых домах; электрический нагревательный элемент каждого из резервуаров может отличаться от других; например, электрический нагревательный элемент резервуара, расположенного непосредственно на входе канала (или трубопровода) распределения горячей воды (распределение горячей воды осуществляется в помещении, где установлен водонагреватель) имеет электрическую мощность выше, чем нагревательный элемент другого резервуара, что обеспечивает определенное удобство пользования, поскольку в качестве горячей воды распределяется вначале вода, которая нагревается в резервуаре, расположенном непосредственно на входе канала распределения горячей воды;

- совокупный объем указанных по меньшей мере двух резервуаров составляет от 20 до 300 литров; такие значения особенно подходят для бытовых водонагревателей, установленных в жилых домах.

Целью изобретения является также обеспечение способа эксплуатации водонагревателя, вкратце описанного выше. Согласно этому способу, в каждом из резервуаров воду нагревают до одной и той же заданной температуры. Такой способ ограничивает потери тепла и является более экономичным, нежели процесс с нагревом различных резервуаров до разных значений температуры. Кроме того, это позволяет избежать неудобств, сопутствующих использованию объемов воды, нагретой до разных температур. Это особенно ощутимо при пользовании душем, когда истощается первый объем, нагретый до первой температуры, и затем пользователь получает воду, нагретую до второй температуры.

Другие отличительные признаки и преимущества будут изложены на протяжении последующего описания, приведенного исключительно в качестве не подразумевающего ограничений примера и содержащего ссылки на сопроводительные чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой общее схематическое изображение плоского водонагревателя в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

- фиг. 2а представляет собой увеличенное схематическое изображение нижней части одного из двух резервуаров водонагревателя, показанного на фиг. 1;

- фиг. 2b представляет увеличенное изображение возможной сборки корпуса и нагревательного элемента применительно к резервуару, показанному на фиг. 2а;

- на фиг. 3а-b приведены соответствующие схематические изображения плоских водонагревателей, исполненных согласно другим вариантам осуществления изобретения;

- фиг. 4а-b иллюстрируют в чисто схематичном виде два варианта возможной реализации размещения расположения корпуса по отношению к резервуару.

Плоский водонагреватель, показанный на фиг. 1 и обозначенный обычным образом числовой ссылкой 10, содержит два резервуара 12 и 14, соединенных между собой трубопроводом 16. Два расположенных бок о бок резервуара определяют при этом максимально большой размер (продольный размер) водонагревателя. Резервуары заполняются водой и служат в качестве накопителей для сохранения и нагрева воды. Резервуары обычно имеют цилиндрическую форму, ось цилиндра совпадает с вертикалью на фиг. 1.

В иллюстративном примере холодная вода (EF), поступает с правой стороны в резервуар 12, затем подается в резервуар 14, пока вода не заполнит оба резервуара. Вода нагревается в каждом из этих резервуаров и выпускается из левого резервуара (ЕС) непосредственно на входе распределительной цепи (не показана) для последующей подачи потребителю, нуждающемуся в горячей воде (в ванную комнату, в кухню и т.п.).

Каждый резервуар изнутри обработан антикоррозийным покрытием и, например, изготовлен из эмалированной стали. Каждый резервуар внутри содержит корпус, включая электрический нагревательный элемент 18 (резервуар 12), 20 (резервуар 14), расходный анод 19 (резервуар 12) 21 (резервуар 14) дополнительной защиты от коррозии. Каждый электрический нагревательный элемент расположен внутри корпуса, также изготовленного из эмалированной стали (по меньшей мере в части наружной поверхности, предназначенной для контакта с водой в резервуаре) и герметично присоединенного (относительно воды) в данном случае на дне резервуара. Каждый анод расположен в контакте с корпусом указанного резервуара и в данном случае смонтирован на корпусе. Каждый анод, таким образом, занимает, например, центральное положение между вершиной и основанием резервуара. Согласно варианту, не представленному здесь, каждый анод герметично присоединен к основанию резервуара.

Каждый резервуар может содержать также кожух 22 (резервуар 12), 24 (резервуар 14) термостата, расположенный сбоку от каждого резервуара. На фиг. 1 показан электрический/электронный узел термостата 25 (резервуар 12), 26 (резервуар 14).

На фиг. 2а представлено увеличенное изображение нижней части резервуара 12 (такое же изображение и такое же описание применимы к резервуару 14), содержащей основание 12а, которое прикреплено снизу, например, винтами к опорной плите 12b.

Корпус 18а, предназначенный служить оболочкой для электрического нагревательного элемента и связующим звеном с водой в резервуаре, жестко и герметично присоединен внутри резервуара и вытянут от его основания в виде гильзы. Корпус 18а, например, герметично приварен к промежуточной детали, такой как выступ 28, которая в свою очередь герметично прикреплена снизу к основанию резервуара. Фиг. 2b иллюстрирует возможный герметичный монтаж. Корпус 18а, например, приварен к наружной поверхности детали 28 на первой стороне (направленной вниз) вблизи своего открытого конца 18а1. Деталь 28 герметично прикреплена к основанию 12а резервуара снизу указанного резервуара (вторая противоположная сторона детали 28 контактирует с основанием), например, уплотнительными винтами. Обозначенные пунктирными линиями крепления 29а, 29b отображают герметичное винтовое соединение на резервуаре. Корпус 18а изображен наклоненным, однако в другом варианте реализации возможно его вертикальное расположение. Нагревательный элемент 18b вставлен снизу вовнутрь корпуса через его открытый конец 18а1 и удерживается в корпусе, например, с помощью крепежного элемента, прикрепленного к детали 28. Нагревательный элемент 18b показан с наружной опорой в корпусе, но могут быть предусмотрены другие варианты исполнения нагревательного элемента. Как показано на фиг. 2b, имеется зазор между внутренней поверхностью корпуса и нагревательным элементом, и в этом зазоре, окружающем нагревательный элемент, имеется воздух.

Таким образом, нагревательный элемент 18b расположен внутри резервуара, но без непосредственного контакта с водой, поскольку он заключен в корпус, что существенно ограничивает образование на нем накипи.

Оболочка 22 термостата служит в качестве кожуха с зондом или капилляром 27, который соединен с электрическим/электронным узлом 25 (через электрические контакты).

Электрический нагревательный элемент 18b и электрический/электронный узел 25 термостата смонтированы, например, на выступе 28, расположенном под основанием 12а внутри опорной плиты 12b. Корпус с его нагревательным элементом, смонтированный на корпусе анод и кожух термостата с зондом расположены с небольшим наклоном (для упрощения, наклоны анодов, корпусов и кожухов термостатов не показаны на фиг. 1, однако они имеют место). Такое расположение позволяет при нахождении резервуара в горизонтальном положении нагревать воду, находящуюся в нижней части резервуара, с той стороны, к которой наклонены корпус, анод и кожух термостата.

Согласно непоказанному здесь варианту исполнения, аноды, корпуса и кожухи термостата не наклонены.

Электрический/электронный узел 25 термостата и электрический нагревательный элемент 18b соединены таким образом, что нагрев воды в резервуаре посредством нагревательного элемента осуществляется в зависимости от функционирования термостата и от заданной температуры последнего. При этом температура воды в резервуаре регулируется очень простым способом. Блок электропитания здесь не показан для простоты.

Электрический нагревательный элемент 18b нагревает стенку корпуса 18а излучением через воздух, окружающий нагревательный элемент в корпусе, и температура данной стенки является поэтому более низкой, нежели при нахождении нагревательного элемента в прямом контакте с водой. Шум от кипения вследствие нагрева воды на наружной поверхности корпуса соответственно ослабевает. Это является преимуществом с точки зрения слухового комфорта, когда водонагреватель установлен в жилом помещении дома (в кухне, в ванной…), особенно вблизи спальни, а не в гараже или подвале.

Кроме того, при пониженной температуре на поверхности корпуса снижается скорость теплопередачи, и при этом соответственно ограничивается образование накипи (на образование накипи расходуется больше времени, и толщина накипи уменьшается).

При использовании одного и того же материала для стенки резервуара и стенки корпуса исключаются явления аккумулирования электрической энергии, что позволяет уменьшить износ расходного анода с течением времени.

Согласно одному варианту реализации, резервуар и корпус каждого резервуара изготовлены из нержавеющей стали.

При возникновении проблем с одним и/или другим электрическим нагревательным элементом (например, в случае неисправности или просто операции технического обслуживания) не требуется опорожнение соответствующего резервуара (резервуаров), поскольку достаточно выдвинуть резервуар из его корпуса, например, путем зацепления или отцепления крепежного элемента, описанного выше применительно к фиг. 2b.

В качестве примера, магниевый расходный анод изнашивается в два раза медленнее по сравнению с тем, когда экранированный нагревательный элемент находится в прямом контакте с водой.

В качестве примера, электрический нагревательный элемент является керамическим (например, из стеатита).

В альтернативном варианте исполнения нагревательный элемент относится к экранированному типу.

В качестве примера, расходный анод 19 выполнен из магния.

Следует заметить, что сопротивления нагревательных элементов одного и другого резервуаров могут равняться или различаться между собой. Электрическая мощность каждого нагревательного элемента составляет от 500 до 3000 Вт, и совокупный объем двух резервуаров составляет от 20 до 300 литров. В качестве примера, электрическая мощность нагревательного элемента, наиболее приближенного к распределительной цепи, равняется 2250 Вт, а для другого резервуара электрическая мощность нагревательного элемента равняется 1000 Вт, и объем каждого резервуара равняется 40 литрам.

Нагрев воды в резервуарах осуществляют, например, с заданием одной и той же температуры в термостатах. Такой режим эксплуатации нагревателя, описанный выше (с двумя последовательно соединенными резервуарами) исключает дискомфорт при принятии душа по сравнению с ситуацией, когда для одного и другого резервуаров заданы неодинаковые значения температуры. Именно таким является представленный на фиг. 1 случай, когда температура резервуара 12 превышает температуру резервуара 14.

Конечно, водонагреватель выполнен с возможностью последовательного соединения в нем более двух резервуаров в зависимости от предполагаемых режимов применения.

Фиг. 3а и 3b иллюстрируют несколько вариантов установки многопозиционного водонагревателя 30, в котором корпус с содержащимся в нем нагревательным элементом и сам нагревательный элемент, а также анод дополнительной защиты и кожух термостата расположены с наклоном внутри каждого резервуара. На рисунке 3а водонагреватель 30 изображен в вертикальном положении, в то время как на фиг. 3b этот же водонагреватель расположен горизонтально.

Водонагреватель 30 содержит два резервуара 32, 34, соединенных между собой трубопроводом 36, и в каждом из них расположены корпус 32а (резервуар 32), 34а (резервуар 34) с установленным в нем внутренним электрическим нагревательным элементом (не показан), расходный анод 32b (резервуар 32), 34b (резервуар 34) и кожух 32 с (резервуар 32), 34 с (резервуар 34) термостата.

Как показано на фиг. 3а, каждый из корпусов, анодов и кожухов наклонен на один и тот же угол (угол "а") в несколько градусов относительно вертикальной оси Z. Угол наклона "а" составляет, например, от 5 до 15 градусов и равняется, например, 8 градусам. Согласно не представленному здесь варианту, аноды могут быть выполнены с ориентацией, отличающейся от ориентации корпусов, в которых они установлены, например, для адаптации к внутренней конфигурации резервуара.

На фиг. 3b водонагреватель установлен в горизонтальное положение. Резервуары 32 и 34 расположены горизонтально, а корпусы, аноды и кожухи термостата наклонены вниз под углом "а" относительно горизонтальной оси X. Такое расположение позволяет нагревать воду, расположенную в нижней части каждого резервуара вблизи нижней стенки 32d, 34d.

Фиг. 4а чисто схематически и частично иллюстрирует возможную установку корпуса 40 в резервуаре 42 водонагревателя. Другой резервуар или другие резервуары водонагревателя не показаны для упрощения, но они могут иметь такую же компоновку.

Корпус 40 герметично прикреплен напрямую, например, методом сварки, к ободу 44, расположенному над основанием 46, и наклонен в направлении указанного основания для нагрева находящейся там воды. Электрический нагревательный элемент, расположенный внутри корпуса, не изображен для упрощения, как и различные компоненты, необходимые для функционирования устройства. Согласно не представленному здесь варианту, монтаж корпуса может быть осуществлен с помощью промежуточной детали.

Фиг. 4b чисто схематически и частично иллюстрирует возможную установку корпуса 50 в резервуаре 52 водонагревателя. Другой резервуар или другие резервуары водонагревателя не показаны для упрощения, но они могут иметь такую же компоновку.

Корпус 50 герметично прикреплен напрямую, например, методом сварки к основанию 54, расположенному ниже обода 56.

Изобретение относится к бытовому водонагревателю и к способу его эксплуатации. Изобретение позволяет сконструировать бытовой плоский водонагреватель, в котором ограничен шум, связанный с кипением воды, и ослаблено явление образования накипи. Бытовой водонагреватель содержит по меньшей мере два резервуара, каждый из которых обработан нанесением антикоррозионного покрытия либо изготовлен из коррозионно-стойкого материала, и каждый из которых предназначен для содержания в нем воды для нагрева. Каждый резервуар содержит по меньшей мере один электрический нагревательный элемент, расположенный в корпусе, предназначенном для погружения в воду в резервуаре. Корпус и резервуар обработаны одинаковым антикоррозионным покрытием или выполнены из одинакового коррозионно-стойкого материала. Корпус герметично соединен с резервуаром, а указанный по меньшей мере один электрический нагревательный элемент окружен воздухом внутри корпуса так, что вода в резервуаре непрямым образом нагревается излучением от упомянутого по меньшей мере одного электрического нагревательного элемента в корпусе. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Бытовой водонагреватель (10; 30), характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере два резервуара (12, 14; 32, 34), каждый из которых обработан нанесением антикоррозионного покрытия либо изготовлен из коррозионно-стойкого материала, и каждый из которых предназначен для содержания в нем воды для нагрева,

причем каждый резервуар содержит по меньшей мере один электрический нагревательный элемент (18b), расположенный в корпусе (18, 20, 32а, 34а), предназначенном для погружения в воду в резервуаре, причем корпус и резервуар обработаны одинаковым антикоррозионным покрытием или выполнены из одинакового коррозионно-стойкого материала,

причем корпус герметично соединен с резервуаром, а указанный по меньшей мере один электрический нагревательный элемент окружен воздухом внутри корпуса так, что вода в резервуаре непрямым образом нагревается излучением от упомянутого по меньшей мере одного электрического нагревательного элемента в корпусе.

2. Водонагреватель по п. 1, характеризующийся тем, что корпус (18, 20, 32a, 34a), содержащий электрический нагревательный элемент (18b), расположен с наклоном относительно по меньшей мере одной стенки резервуара.

3. Водонагреватель по п. 2, характеризующийся тем, что корпус наклонен по отношению к оси, определяющей собой максимально большой размер резервуара, под углом от 5 до 15°.

4. Водонагреватель по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что каждый электрический нагревательный элемент выполнен из керамики.

5. Водонагреватель по любому из пп. 1-4, характеризующийся тем, что каждый электрический нагревательный элемент относится к экранированному типу.

6. Водонагреватель по п. 5, характеризующийся тем, что каждый электрический нагревательный элемент относится к типу с экранированным корпусом.

7. Водонагреватель по любому из пп. 1-6, характеризующийся тем, что корпус и резервуары изготовлены из эмалированной стали.

8. Водонагреватель по любому из пп. 1-7, характеризующийся тем, что каждый резервуар содержит, при условии что указанный резервуар обработан антикоррозионным покрытием, по меньшей мере один расходный анод (19, 21, 32а, 34а) дополнительной защиты от коррозии, который предназначен для погружения в воду, содержащуюся в резервуаре.

9. Водонагреватель по п. 8, характеризующийся тем, что указанный по меньшей мере один анод (19, 21, 32а, 34а) каждого резервуара установлен на корпусе или на указанном резервуаре.

10. Водонагреватель по любому из пп. 1-9, характеризующийся тем, что электрическая мощность каждого электрического нагревательного элемента составляет от 500 до 3000 Вт.

11. Водонагреватель по любому из пп. 1-10, характеризующийся тем, что совокупный объем указанных по меньшей мере двух резервуаров составляет от 20 до 300 литров.

12. Способ эксплуатации водонагревателя (10, 30) по любому из пп. 1-11, характеризующийся тем, что к каждому из резервуаров применяют одно и то же заданное значение температуры.