ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ, ОБОРУДОВАННЫЙ ЗАЩИТНОЙ СИСТЕМОЙ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАГРЕВА БЕЗ ВОДЫ Российский патент 2023 года по МПК F24H9/20 

Настоящее изобретение относится к водонагревателю, оборудованному защитной системой для предотвращения нагрева без воды.

Как правило, водонагреватель содержит резервуар и нагревательный элемент, предназначенный для нагрева воды, хранящейся в указанном резервуаре. По различным причинам может встречаться такая ситуация, что в резервуаре больше нет воды, например, при вводе в эксплуатацию, после слива или при наличии утечки. В такой ситуации снаружи водонагревателя нет доступной информации, указывающей на то, что резервуар пуст, или его работе не препятствует какая-либо автоматическая система. После этого в резервуаре возможна активация фазы нагрева, в то время как в нем нет воды. Последствия такого события заключаются в том, что нагревательный элемент может быть поврежден или даже полностью разрушен, или что водонагреватель может быть очень серьезно поврежден.

В настоящее время принципиальные решения, используемые для предупреждения повреждения нагревательного элемента в таких обстоятельствах, следующие:

- выключение плавкого предохранителя или теплового выключателя,

- измерение отсутствия тока между анодом и катодом,

- применение детектора водяного потока.

Однако существует ряд недостатков этих решений, включающий следующие:

- значительные дополнительные затраты,

- работа, которую нельзя адаптировать ко всем типам нагревательных элементов,

- непредсказуемые результаты для некоторых решений.

Водонагреватель в соответствии с настоящим изобретением оборудован защитной системой для предотвращения нагрева без воды, обеспечивающей возможность предотвращения активации нагревательного элемента, когда в резервуаре нет воды.

Настоящее изобретение относится к водонагревателю, содержащему резервуар, предназначенный для содержания воды, и средства для нагрева воды, хранящейся в указанном резервуаре.

В соответствии с настоящим изобретением водонагреватель содержит защитное устройство, выполненное с возможностью обнаружения наличия воды в резервуаре и содержащее электрическую цепь, снабженную источником энергии и элементом для обнаружения наличия воды в резервуаре, причем вода, присутствующая в резервуаре, замыкает указанную цепь и активирует указанный элемент. Таким образом, вода, присутствующая в резервуаре водонагревателя, обеспечивает возможность замыкания, непосредственно или опосредовано, электрической цепи, содержащей обнаруживающий элемент, выполненный с возможностью указания на наличие воды в указанном резервуаре. Выражение "непосредственно" означает, что вода будет поступать в электрическую цепь для того, чтобы непосредственно принимать участие в протекании электрического тока вследствие своих электропроводных свойств. Выражение "опосредованно" означает, что вода будет действовать, например, за счет силы тяжести, на компонент электрической цепи для того, чтобы замыкать ее и обеспечивать возможность протекания в ней электрического тока. Обнаруживающий элемент цепи, обеспечивающий возможность обнаружения наличия воды в резервуаре, может состоять, например, из светового индикатора или звукового устройства для информирования пользователя, который впоследствии может вручную приступить к остановке нагрева. Он также может состоять из реле, присоединенного к нагревательному элементу и выполненного с возможностью включения или отключения питания нагревательного элемента для обеспечения возможности нагрева воды в пределах объема автоматической системы или его невозможности. Назначение защитного устройства состоит в том, чтобы удостовериваться в наличии воды в резервуаре и предотвращать активацию нагревательного элемента без воды, т.е. при отсутствии воды в резервуаре. Предпочтительно, электрическая цепь, используемая для обнаружения наличия воды в резервуаре, имеет небольшой размер и расположена в контакте с водяным резервуаром или в непосредственной близости к нему, предпочтительно в пределах нескольких сантиметров. Поскольку вода является участником работы защитного устройства, отсутствие воды в резервуаре деактивирует указанную цепь.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления водонагревателя в соответствии с настоящим изобретением, вода поступает в электрическую цепь и обеспечивает возможность протекания электрического тока вследствие своих электропроводных свойств. Термин "поступает" означает, что вода будет составлять один элемент электрической цепи. В этой конфигурации вода представляет собой проводящий элемент для электрического тока и образует составную часть электрической цепи.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления водонагревателя в соответствии с настоящим изобретением указанная цепь содержит контактор, причем вода, присутствующая в резервуаре, активирует указанный контактор за счет силы тяжести. В этой конфигурации вода будет действовать за счет силы тяжести на контактор, который образует составную часть электрической цепи, с замыканием этой электрической цепи.

Преимущественно, обнаруживающий элемент представляет собой оповещающий элемент, выполненный с возможностью обнаружения за пределами указанного водонагревателя. Предпочтительно, оповещающий элемент запускается, как только активируется нагревательный элемент, и обеспечивает возможность проверки, присутствует вода в резервуаре или нет.

Предпочтительно, обнаруживающий элемент представляет собой источник света. Этот источник света может быть любого типа и может состоять, например, из светового индикатора.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления водонагревателя в соответствии с настоящим изобретением обнаруживающий элемент представляет собой источник звука.

Преимущественно, обнаруживающий элемент управляет реле, обеспечивающим возможность подачи энергии на нагревательные средства. В этой конфигурации, когда потребуется активировать нагревательный элемент для нагрева воды, которая может находиться внутри резервуара, либо ничего не происходит, поскольку в указанном резервуаре нет воды, либо нагревательный элемент реагирует посредством подъема температуры воды, присутствующей в резервуаре.

Преимущественно, нагревательные средства представляют собой нагревательный резистор.

Предпочтительно, водонагреватель в соответствии с настоящим изобретением содержит внутреннюю трубку, проходящую наружу указанного резервуара, причем защитное устройство расположено по указанной трубке снаружи резервуара. Таким образом, такая трубка обеспечивает возможность направления воды, присутствующей в резервуаре, к защитному устройству. Вода, присутствующая в трубке, будет взаимодействовать с защитным устройством. Преимущественно, трубка представляет собой внутреннюю трубку резервуара, обеспечивающую возможность обнаружения полного заполнения указанного резервуара водой, причем защитное устройство расположено, например, под резервуаром в выходном отверстии указанной внутренней трубки. Проходящая наружу резервуара часть трубки может быть прямолинейной или может содержать множество прямолинейных сегментов, образующих друг с другом углы.

Предпочтительно, защитное устройство для предотвращения нагрева без воды вставлено в держатель, выбранный из втулки или диэлектрического соединителя. Такой держатель обеспечивает изоляцию электрической цепи от внешней части и, следовательно, защиту от любых внешних событий, которые могли бы ее ухудшить или разрушить, в то же время защищая пользователя от электрического контакта. Обычно такая втулка или диэлектрический соединитель уже присутствует в существующих водонагревателях.

Водонагреватель в соответствии с настоящим изобретением имеет преимущество, состоящее в наличии защитного устройства для предотвращения нагрева без воды вследствие применения электрической цепи, которое является безопасным и надежным, в то же время требуя небольшого пространства. Разумеется, источники ошибки указанного защитного устройства практически не существуют, и возможность активации нагревательного элемента будет обеспечена только при наличии воды в резервуаре. Также существует преимущество наличия защитного устройства для предотвращения нагрева без воды, состоящее в том, что оно прямо использует воду резервуара, в значительной степени снижая риски активации нагревательного элемента при отсутствии воды в резервуаре.

Далее последует подробное описание предпочтительного варианта осуществления водонагревателя в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на следующие чертежи:

- На ФИГ. 1А, 1В и 1С представлены три вида сбоку водонагревателя в соответствии с настоящим изобретением до нагрева воды, во время использования и после нагрева воды, соответственно;

- На ФИГ. 2А и 2В представлены два схематических вида первого предпочтительного варианта осуществления защитной цепи для предотвращения нагрева водонагревателя без воды в соответствии с настоящим изобретением при отсутствии и при наличии воды, соответственно (ручная система),

- На ФИГ. 3А и 3В представлены два схематических вида второго предпочтительного варианта осуществления защитной цепи для предотвращения нагрева водонагревателя без воды в соответствии с настоящим изобретением при отсутствии и при наличии воды, соответственно (автоматическая система),

- На ФИГ. 4А и 4В представлены два схематических вида третьего предпочтительного варианта осуществления защитной цепи для предотвращения нагрева водонагревателя без воды в соответствии с настоящим изобретением, содержащей контактор, при отсутствии и при наличии воды, соответственно (ручная система),

- На ФИГ. 5А и 5В представлены два схематических вида четвертого предпочтительного варианта осуществления защитной цепи для предотвращения нагрева водонагревателя без воды в соответствии с настоящим изобретением, содержащей контактор, при отсутствии и при наличии воды, соответственно (автоматическая система).

На ФИГ. 1А, 1В и 1С описано нормальное использование водонагревателя 1. Со ссылкой на эти чертежи, водонагреватель 1 схематично содержит резервуар 2, внутреннюю трубку 3, входное отверстие 4 для холодной воды, нагревательные средства 5, диэлектрический соединитель или стандартную втулку 6, содержащую защитную систему для предотвращения нагрева без воды, и выходное отверстие 7 для горячей воды. Резервуар 2 является удлиненным и предпочтительно проходит в вертикальном направлении. Входное отверстие 4 для холодной воды проходит в нижней стенке 10 резервуара 2. Внутренняя трубка 3 имеет диаметр, существенно меньший, чем размеры резервуара 2, а также имеет основной нижний сегмент 11, удлиненный дополнительным угловым верхним сегментом 12. Основной сегмент 11 имеет нижний конец, проходящий через нижнюю стенку 10 резервуара 2 и проходящий в диэлектрический соединитель или втулку 6, расположенную под резервуаром 2, причем основной сегмент 11 имеет верхний конец, удлиненный дополнительным сегментом 12. Выходное отверстие 7 для горячей воды расположено на диэлектрическом соединителе или втулке 6. Резервуар снабжают холодной водой посредством входного отверстия 4 до тех пор, пока он не будет заполнен полностью, как показано на ФИГ. 1А. После заполнения резервуара 2 нагревательные средства 5, который преимущественно могут быть представлены нагревательным резистором, активируют для нагрева воды, присутствующей в резервуаре 2. Во время использования вода имеет холодную зону 8 и горячую зону 9, как показано на ФИГ. 1В. Когда нагрев продолжают в течение значительного времени, вода, присутствующая в резервуаре 2, является равномерно горячей, как показано на ФИГ. 1С. Затем в соответствии с потребностями в горячей воде может быть открыто выходное отверстие 7 для горячей воды посредством различных элементов оборудования снаружи водонагревателя 1, таких как, например, оборудование кухни или ванной комнаты.

Одна проблема, с которой часто сталкиваются в случае такого типа водонагревателя 1, состоит в том, что резервуар 2 может быть пустым при запуске, вследствие преднамеренного опорожнения или утечки или по какой-либо другой причине, и не существует простых средств узнать состояние резервуара 2, заполнен он или пуст. В этом случае нагревательные средства 5 могут быть активированы, когда в резервуаре 2 больше нет воды, что приводит к повреждению водонагревателя 1 и его нагревательных средств 5.

Для предупреждения такой ситуации водонагреватель 1 в соответствии с настоящим изобретением оборудован защитным устройством для предотвращения нагрева без воды, обеспечивающим возможность обнаружения присутствия воды в резервуаре 2. Такое защитное устройство для предотвращения нагрева без воды преимущественно помещено в диэлектрический соединитель или втулку 6, расположенную под резервуаром 2 водонагревателя 1.

Со ссылкой на ФИГ. 2А и 2В, первый предпочтительный вариант осуществления защитного устройства 20 для предотвращения нагрева без воды водонагревателя 1 в соответствии с настоящим изобретением является ручным и содержит электрическую цепь 21, оборудованную источником 22 электроэнергии, который предпочтительно может представлять собой батарею, оповещающий световой индикатор 23 и два разделенных вывода 24, 25, приводя электрическую цепь 21 в разомкнутое состояние по умолчанию. Термин "разделенные" означает, что между двумя выводами 24, 25 нет электрического соединения. Внутренняя трубка 3 проходит в диэлектрический соединитель или втулку 6 на двух разделенных выводах 24, 25 электрической цепи 21. Термин "ручной" означает, что пользователь, обнаруживая, что в резервуаре 2 нет воды, не будет включать нагревательный элемент 5. Следует уточнить, что световой индикатор 23 может быть заменен на звуковые оповещающие средства, информирующие пользователя, что резервуар заполнен водой.

Таким образом, со ссылкой на ФИГ. 2А, при отсутствии воды во внутренней трубке 3 электрическая цепь 21 защитного устройства разомкнута, и по ней не протекает электрический ток. Световой индикатор 23 указывает на то, что в резервуаре 2 водонагревателя 1 нет воды. Пользователь будет оповещен об отсутствии воды.

Напротив, со ссылкой на ФИГ. 2В, если во внутренней трубке 3 присутствует вода, она будет расположена между двумя разделенными выводами 24, 25 электрической цепи 21, которые затем будут поступать в указанную воду. Поскольку вода имеет электропроводные свойства, она таким образом электрически соединяет два вывода 24, 25 электрической цепи 21, которая, следовательно, будет находиться в замкнутой конфигурации. Тем самым обеспечивается возможность подачи источником 22 электроэнергии электрического тока на световой индикатор 23, который незамедлительно включится, тем самым указывая на наличие воды в резервуаре 2 водонагревателя 1. Затем для нагрева воды, присутствующей в водонагревателе 1, могут преднамеренно активировать нагревательные средства 5.

Со ссылкой на ФИГ. 3А и 3В, второй предпочтительный вариант осуществления защитного устройства 30 водонагревателя 1 в соответствии с настоящим изобретением является автоматическим и содержит электрическую цепь 31, снабженную источником 32 электроэнергии, который предпочтительно может представлять собой батарею, реле 33, присоединенное к нагревательным средствам 5, и два разделенных вывода 34, 35, приводящих электрическую цепь 21 в разомкнутое состояние по умолчанию. Термин "разделенные" означает, что между двумя выводами 34, 35 нет электрического соединения. Внутренняя трубка 3 проходит в диэлектрический соединитель или втулку 6 на двух разделенных выводах 34, 35 электрической цепи 31.

Таким образом, со ссылкой на ФИГ. 3А, при отсутствии воды во внутренней трубке 3 электрическая цепь 31 защитного устройства разомкнута, и по ней не протекает электрический ток. Реле 33 остается неактивным, и нагревательные средства 5 не могут быть активированы.

Напротив, со ссылкой на ФИГ. 3В, если во внутренней трубке 3 присутствует вода, она будет расположена между двумя разделенными выводами 34, 35 электрической цепи 31, которые затем будут поступать в указанную воду. Поскольку вода имеет электропроводные свойства, она таким образом будет электрически соединять два вывода 34, 35 электрической цепи 31, которая, следовательно, будет находиться в замкнутой конфигурации. Тем самым обеспечивается возможность подачи источником 32 электроэнергии электрического тока на реле 33, которое незамедлительно активирует нагревательные средства 5 для подъема температуры воды в резервуаре 2 водонагревателя. Тот факт, что нагревательные средства 5 могут быть активированы, подтверждает наличие воды в резервуаре 2 водонагревателя 1.

Со ссылкой на ФИГ. 4А и 4В, третий предпочтительный вариант осуществления защитного устройства 40 для предотвращения нагрева водонагревателя 1 без воды в соответствии с настоящим изобретением является ручным и содержит электрическую цепь 41, снабженную источником 42 электроэнергии, который предпочтительно может представлять собой батарею, световой индикатор 43 и перемещаемый электрический контактор 44. По умолчанию электрический контактор 44 отсоединен от электрической цепи 41, приводя ее в разомкнутое состояние. Внутренняя трубка 3 проходит в диэлектрический соединитель или втулку 6, отделенную от электрической цепи 41 контактором 44. Термин "ручной" означает, что пользователь, осведомленный о том, что в резервуаре 2 нет воды, не будет активировать нагревательный элемент 5. Для этого варианта осуществления следует уточнить, что световой индикатор 43 также может быть заменен на звуковые оповещающие средства, информирующие пользователя, что резервуар заполнен водой.

Таким образом, со ссылкой на ФИГ. 4А, при отсутствии воды во внутренней трубке 3 электрическая цепь 41 защитного устройства разомкнута, и по ней не протекает электрический ток. Световой индикатор 43 указывает на то, что в резервуаре 2 водонагревателя 1 нет воды. Пользователь будет оповещен об отсутствии воды.

Напротив, со ссылкой на ФИГ. 4В, если во внутренней трубке 3 присутствует вода, она будет перемещать электрический контактор 44 за счет силы тяжести, как указано стрелками 45, до тех пор, пока контактор 44 не замкнет электрическую цепь 41. Тем самым обеспечивается возможность подачи источником 42 электроэнергии на световой индикатор 43, который незамедлительно включится, тем самым указывая на наличие воды в резервуаре 2 водонагревателя 1. Затем для нагрева воды, присутствующей в водонагревателе 1, могут преднамеренно активировать нагревательные средства 5. Электрический контактор 44 представляет собой компонент, выполненный с возможностью проведения электрического тока и, предпочтительно, выполнен из металла.

Со ссылкой на ФИГ. 5А и 5В, четвертый предпочтительный вариант осуществления защитного устройства 50 водонагревателя 1 в соответствии с настоящим изобретением является автоматическим и содержит электрическую цепь 51, снабженную источником 52 электроэнергии, который предпочтительно может представлять собой батарею, реле 53, присоединенное к нагревательным средствам 5, и перемещаемый электрический контактор 54. По умолчанию электрический контактор 54 отсоединен от электрической цепи 51, приводя ее в разомкнутое состояние. Внутренняя трубка 3 проходит в диэлектрический соединитель или втулку 6, разделенную от электрической цепи 51 контактором 44.

Таким образом, со ссылкой на ФИГ. 5А, при отсутствии воды во внутренней трубке 3 электрическая цепь 51 защитного устройства разомкнута, и по ней не протекает электрический ток. Реле 53 остается неактивным, и нагревательные средства 5 не могут быть активированы.

Напротив, со ссылкой на ФИГ. 5В, если во внутренней трубке 3 присутствует вода, она затем будет перемещать электрический контактор 54 за счет силы тяжести, как указано стрелками 55, до тех пор, пока контактор 54 не замкнет электрическую цепь 51. Тем самым обеспечивается возможность подачи источником 52 электроэнергии электрического тока на реле 53, которое незамедлительно активирует нагревательные средства 5 для подъема температуры воды, присутствующей в резервуаре 2 водонагревателя. Тот факт, что нагревательные средства 5 могут быть активированы, подтверждает наличие воды в резервуаре 2 водонагревателя 1.

Настоящее изобретение относится к водонагревателю (1), содержащему резервуар (2), предназначенный для содержания воды, и средства (5) для нагрева воды, хранящейся в указанном резервуаре (2). В соответствии с настоящим изобретением водонагреватель (1) содержит защитное устройство (20, 30), выполненное с возможностью обнаружения наличия воды в резервуаре (2) и содержащее электрическую цепь (21, 31), снабженную источником (22, 32) энергии и элементом (23, 33) для обнаружения наличия воды в резервуаре (2), причем вода, присутствующая в резервуаре (2), электрически замыкает указанную цепь (21, 31) и активирует указанный обнаруживающий элемент (23, 33). При этом резервуар (2) содержит внутреннюю трубку (3), проходящую наружу указанного резервуара (2), обеспечивающую возможность обнаружения полного заполнения указанного резервуара (2) водой, а защитное устройство (20, 30) расположено под резервуаром (2) в выходном отверстии указанной внутренней трубки (3). 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Водонагреватель (1), содержащий резервуар (2), предназначенный для содержания воды, и средства (5) для нагрева воды, хранящейся в указанном резервуаре (2),

причем указанный водонагреватель (1) содержит защитное устройство (20, 30) для предотвращения нагрева без воды, выполненное с возможностью обнаружения наличия воды в резервуаре (2) и содержащее электрическую цепь (21, 31), снабженную источником (22, 32) энергии и элементом (23, 33) для обнаружения наличия воды в резервуаре (2),

причем при наличии воды в резервуаре (2) обеспечено электрическое замыкание указанной цепи (21, 31) водой и активация указанного обнаруживающего элемента (23, 33),

отличающийся тем, что резервуар (2) содержит внутреннюю трубку (3), проходящую наружу указанного резервуара (2), обеспечивающую возможность обнаружения полного заполнения указанного резервуара (2) водой, а защитное устройство (20, 30) расположено под резервуаром (2) в выходном отверстии указанной внутренней трубки (3).

2. Водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что вода поступает в электрическую цепь (21, 31) и обеспечивает возможность протекания электрического тока вследствие своих электропроводных свойств.

3. Водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что электрическая цепь содержит контактор, а вода, присутствующая в резервуаре (2), активирует указанный контактор за счет силы тяжести.

4. Водонагреватель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что обнаруживающий элемент представляет собой оповещающий элемент (23), выполненный с возможностью обнаружения за пределами указанного водонагревателя (1).

5. Водонагреватель по п. 4, отличающийся тем, что обнаруживающий элемент представляет собой источник (23) света.

6. Водонагреватель по п. 4, отличающийся тем, что обнаруживающий элемент (23) представляет собой источник звука.

7. Водонагреватель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что обнаруживающий элемент (33) выполнен с возможностью управления реле, обеспечивающим возможность подачи энергии на нагревательные средства (5).

8. Водонагреватель по п. 7, отличающийся тем, что нагревательные средства (5) представляют собой нагревательный резистор.

9. Водонагреватель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что защитное устройство (20, 30) вставлено в держатель (6), выбранный из втулки или диэлектрического соединителя.