ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ НЕСКОЛЬКИХ ТОЧЕК РАЗБОРА Российский патент 2024 года по МПК F24H1/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для горячего водоснабжения жилых и коммерческих помещениях в санитарных и технических целях с возможностью одновременного разбора воды из нескольких точек разбора в ванную, душ, мойку, умывальник или для обеспечения технологических процессов.

Уровень техники

Известен бытовой газовый проточный водонагреватель, содержащий коробчатый кожух, имеющий переднюю, заднюю и боковые стенки, внутри которого расположены блок-кран, снабженный ручкой управления и системами автоматики и безопасности, соединенный с газовым трубопроводом, теплообменник, сообщающийся с подающим и обратным трубопроводами воды, запальную и рабочую горелки, расположенные под вытяжным устройством отвода продуктов сгорания газа (см. патент RU № 2042887, МПК F24H 1/12, опубликован 27.08.1995 г.).

Недостатком известного устройства является низкая экономичность и недостаточная надежность работы, связанные с наличием ручной настройки водонагревателя на тепловую нагрузку, соответствующую количеству расходуемой воды, что приводит к нагреву ниже требуемой температуры или перегреву с закипанием и выходом из строя. При наличии нескольких точек разбора горячей воды и их одновременном использовании отсутствует возможность получить стабильную температуру в точках потребления горячей воды.

Известен Бытовой газовый проточный водонагреватель (см. патент RU 2280215, МПК F24H 1/00, F24H 9/20, опубл. 20.07.2006 г.), содержащий коробчатый кожух, имеющий переднюю, заднюю и боковые стенки, внутри которого размещены блок-кран, снабженный ручкой управления и системами автоматики и безопасности, соединенный с газовым трубопроводом, теплообменник, сообщающийся с подающим и обратным трубопроводами воды, запальную и рабочую горелки, вытяжное устройство отвода продуктов сгорания газа, отличающийся тем, что в него введен терморегулятор потока газа в рабочую горелку, адаптированный к заданной температуре нагрева воды теплообменником, состоящий из связанных между собой водяного термостата и регулятора потока газа, последний газовой камерой соединен на входе с блок-краном и на выходе с рабочей горелкой, а газовая камера разделена перегородкой с перепускным отверстием, взаимодействующим с регулирующим клапаном, подпружиненным относительно стенки газовой камеры, имеющим кинематическую связь с сильфоном, расположенным в камере термостата и подпружиненным относительно нажимного винта, задающего клапаном зазор в перепускном отверстии, а теплообменник обратным трубопроводом сообщен с камерой термостата, выход из которой соединен с трубопроводом для разбора нагретой воды, нажимной винт термостата снабжен тарированным маховиком, который выведен за пределы боковой стенки для задания температуры нагрева воды.

Недостатком данной конструкции является то, что при нескольких точках разбора нет возможности обеспечить стабильную температуру в разных точках потребления горячей воды.

Известно Устройство для регулирования работы проточного газового водонагревателя (см. патент RU 2668295, МПК F24H 9/20, F24H 9/20 1/00, F23N 1/08, F23N 5/06, опубликован 28.09.2018 г.), включающее подпружиненный газоподводящий к горелке клапан, который выполнен регулируемым штоком, связанным с подвижным при наличии протока воды в трубопроводе водонагревателя звеном водяного блока, имеющим дроссельное устройство для регулирования его хода, отличающееся тем, что подвижное звено водяного блока выполнено в виде эластичной мембраны, скрепленной с тарелкой, а дроссельным устройством является сквозное отверстие малого диаметра, выполненное в тарелке эластичной мембраны, в которой имеется увеличенное отверстие, концентрично расположенное дроссельному отверстию в тарелке, соединяющее подмембранное пространство, которое связано с подводящим патрубком холодной водопроводной воды, и надмембранное пространство, которое связано с входом трубопровода водонагревателя и теплообменника, а параллельно дроссельному отверстию, расположенному в тарелке, в корпусе устройства для регулирования работы проточного газового водонагревателя установлен регулируемый байпас, обеспечивающий увеличение пропускной способности для увеличения расхода холодной воды и регулирование расхода воды через подводящий патрубок при повороте ручки регулирования, меняя проходное сечение байпаса от перекрытия расхода воды до максимального значения, при этом уровень шума протекающей воды не превышает допустимые санитарные нормы.

Недостатком данной конструкции является то, что при нескольких точках разбора нет возможности обеспечить стабильную температуру в разных точках потребления горячей воды.

В качестве прототипа выбран Проточный газовый водонагреватель (см. патент RU 2554022, F24H 1/00, опубликован 20.06.2015 г.), содержащий автоматику безопасности, теплообменник с основной газовой горелкой и отводящую трубу горячей воды, отличающийся тем, что в него дополнительно введены приемник воды, эжектор и стравливающий воздух клапан, при этом эжектор размещен в нижней части отводящей трубы горячей воды в приемнике воды и выполнен с потоком воды через его отверстия, соответствующим минимальному потоку, при котором автоматика безопасности отключает основную газовую горелку, приемник воды выполнен в виде охватывающего отводящую трубу горячей воды закрытого бака, в верхней части которого размещен стравливающий воздух клапан.

Недостатком данной конструкции является то, что при нескольких точках разбора нет возможности обеспечить стабильную температуру в разных точках потребления горячей воды.

Раскрытие сущности изобретения

Основной задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности регулирования температуры воды в точках разбора путем традиционного смешивания горячей воды, поставляемой к точке разбора, с холодной водой ручным смесителем. В связи с произвольностью по времени и широким диапазоном изменения расхода горячей воды при потреблении несколькими точками потребления центральными вопросами задачи обеспечения комфортного потребления горячей воды являются:

- исключение ручной (механической) регулировки температуры и расхода горячей воды на газовом проточном водонагревателе в процессе пользования горячей водой в нескольких точках потребления;

- обеспечение стабильности температуры при резком и значительным по величине изменении расхода горячей воды;

- исключение срабатывания защиты по перегреву и остановки нагрева воды при резком уменьшении потребления горячей воды;

- исключение пауз во включении работы горелочного устройства между короткими паузами в потреблении горячей воды;

- снижение времени нагрева воды при первоначальном потреблении.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен Проточный водонагреватель, который состоит из:

Трубопровода подачи холодной воды 1;

Трубопровода горячей воды 2;

Теплообменника нагрева воды 3;

Газовой атмосферной горелки 4;

Газового клапана с изменением проходного сечения 5;

Датчика расхода воды 6;

Датчика предельно допустимой температуры нагретой воды 7;

Вентилятора удаления продуктов сгорания 8;

Бака промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9;

Кран с переменным проходным сечением 10;

Датчик температуры горячей воды на выходе из проточного нагревателя 11;

Расширительного бака 12;

Электрического нагревательного элемента 13.

На фиг. 2 показаны качественные графики изменения суммарного потребления горячей воды при двух одинаковых точках разбора - графики изменения температуры воды при мгновенном отключении потребления одной точки потребления.

Осуществление изобретения

Холодная вода поступает в проточный водонагреватель через трубопровод подачи холодной воды 1. Нагретая вода заданной температуры поступает потребителю через трубопровод горячей воды 2. Нагрев воды происходит в теплообменнике 3 с помощью газовой атмосферной горелки 4. Горючий газ поступает в газовую атмосферную горелку 4 через газовый клапан с изменением проходного сечения 5, величина которого зависит от показаний датчика расхода воды 6. Максимально возможная температура подогрева воды определена датчиком предельно допустимой температуры нагретой воды 7. Дымовые газы от сгорания газообразного топлива - продукты сгорания из камеры сгорания (на схеме не показана) удаляются вентилятором 8. Нагретая в теплообменнике 3 горячая вода поступает в бак промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9, куда также поступает холодная вода через кран с переменным проходным сечением 10.

Температура горячей воды для потребителя контролируется датчиком температуры горячей воды на выходе из проточного нагревателя 11. Бак промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9 связан с расширительным баком 12. На поверхности бака промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9 для подогрева размещен электрический нагревательный элемент 13. Регулировка работы устройств, представленных на схеме контролируется блоком автоматики (на схеме не показан).

Технический результат поставленных задач по работе проточного газового водонагревателя для нескольких точек разбора достигается следующим:

Исключение ручной (механической) регулировки температуры и расхода горячей воды на газовом проточном водонагревателе в процессе пользования горячей водой в нескольких точках потребления достигается установкой газовой горелки, мощность которой зависит от объема подачи горючего газа, величина которого определяется газовом клапаном с изменением проходного сечения 5 на основании показаний датчика расхода воды 6. Работа всех элементов происходит автоматически. Ручное регулирование температурой и расходом горячей воды непосредственно на проточном водонагревателе не производится.

Обеспечение стабильности температуры при резком и значительным по величине изменении расхода горячей воды достигается установкой в корпусе проточного водонагревателя бака промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9 объемом в диапазоне от 1,5 литра до 3 литров. При резком изменении расхода горячей воды потребителями происходит быстрое изменение показателей датчика расхода воды 6, которые определяют мощность работы газовой горелки 4. Мгновенное изменение тепловой мощности горелки 4 невозможно. Наличие бака промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9 позволяет сгладить эффект резкого изменения потребления горячей воды на одной из точек разбора и не допустить резкого изменения температуры потребления горячей воды для остальных пользователей. На фигуре 2 показаны качественные графики изменения суммарного потребления горячей воды при двух одинаковых точках разбора. График суммарного потребления горячей воды 14 Q в литрах за секунду от времени t в секундах. Повышенное потребление горячей воды при двух одинаковых точках разбора происходит в интервалы времени от 0 до t₁ и после времени t₂. Пониженное потребление горячей воды одной точкой разбора происходит в интервал времени от t₁ (мгновенное отключение потребления одной из точек потребления) до времени t₂ (мгновенное подключение второй точки потребления). Графики изменения температуры воды Т в градусах Цельсия от времени t в секундах, где интервалы с пониженным и повышенным потреблениями ограничиваются значениями времени t₁ и t₂. График существующих проточных водонагревателей с механической регулировкой температуры и расхода 15. График проточного водонагревателя с электронной модуляцией тепловой мощности газовой горелки 16. Вариант предлагаемого изобретения показан на графике 17 проточного водонагревателя с электронной модуляцией тепловой мощности газовой атмосферной горелки, баком промежуточного смешивания горячей и холодной воды и расширительным баком.

Исключение срабатывания защиты по перегреву и остановки нагрева воды при резком уменьшении потребления горячей воды. При резком прекращении потребления горячей воды одним из пользователей или прекращении пользования водой движение воды в проточном водонагревателе резко прекращается, горелка отключается. При этом теплообменник проточного водонагревателя до момента прекращения движения воды имеет высокую температуру (в камере сгорания температура около 1000 градусов Цельсия) и массу несколько килограммов. При резком прекращении движения воды из-за большой тепловой инерции может произойти перегрев и закипание воды, находящейся в теплообменнике, срабатывание датчика предельно допустимой температуры нагретой воды 7, отключающего работу проточного водонагревателя по условию обеспечения безопасности. Технический результат исключения данного явления достигается установкой расширительного бака 12. При резком прекращении пользования горячей водой давление в системе растет (проточные водонагреватели в рабочем состоянии всегда находятся под избыточным давлением подачи холодной воды), горячая вода из теплообменника нагрева воды 3 выходит и заполняет расширительный бак 12, при этом теплообменник нагрева воды 3 заполняется холодной водой, кроме того вентилятор удаления продуктов сгорания 8 охлаждает поверхность теплообменника нагрева воды 3, нагретого газовой атмосферной горелкой 4. Явление закипания воды в теплообменнике нагрева воды 3 при прекращении потребления горячей водой исключаются. Пропорции смешивания горячей и холодной воды можно регулировать величиной проходного сечения краном переменного проходного сечения 10.

Исключаются паузы между включениями газовой атмосферной горелки 4 при коротких паузах в потреблении горячей воды. Наличие расширительного бака 12 и вентилятора удаления продуктов сгорания 8 исключают необходимость пауз в работе проточных водонагревателей между соседними пусками, предназначенных в проточных водонагревателях для исключения закипания воды в теплообменнике из-за теплового инерционного нагрева, характерного для существующих аналогов.

Снижение времени нагрева воды при первоначальном потреблении. Технический результат достигается наличием маломощного, не более 50 Ватт, электрического нагревательного элемента 13, размещенного на баке промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9. С помощью данного нагревательного элемента происходит предварительный подогрев объема воды в баке. При отсутствии потребления горячей воды температура в баке промежуточного смешивания горячей и холодной воды поддерживается на уровне 45 градусов Цельсия. При начале потребления горячей воды пользователем, предварительно нагретая вода из бака промежуточного смешивания горячей и холодной воды 9 поступает потребителю сразу. Мощность газовой атмосферной горелки 4 проточного водонагревателя растет быстро и снижение температуры горячей воды в первые секунды начала потребления горячей воды незначительное.

Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость».

Поскольку из уровня техники не известен проточный газовый водонагреватель для нескольких точек разбора горячей воды, исключающий ручную регулировку температуры и расхода горячей воды на газовом проточном водонагревателе в процессе пользования горячей водой в нескольких точках потребления, обеспечивающий стабильность температуры при резком и значительным по величине изменении расхода горячей воды, исключающий срабатывание защиты по перегреву и остановки нагрева воды при резком уменьшении потребления горячей воды, исключающий паузы во включении работы горелочного устройства между короткими паузами в потреблении горячей воды, снижающим временя нагрева воды при первоначальном потреблении, можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для горячего водоснабжения жилых помещений в санитарных целях с возможностью одновременного разбора воды несколькими точками разбора - в ванную, душ, мойку и умывальник. Проточный газовый водонагреватель для нескольких точек разбора горячей воды состоит из корпуса, теплообменника, закрытой камеры сгорания, вентилятора отвода дымовых газов, газовой горелки с газовым клапаном с пропорциональным изменением проходного сечения в зависимости от данных датчика расхода поступающей в водонагреватель холодной воды, датчика максимально допустимой температуры, датчика температуры воды на выходе из водонагревателя, блока автоматики, трубопроводов холодной и горячей воды. На трубопроводе горячей воды установлен бак промежуточного смешивания холодной и горячей воды и расширительный бак с механизмом изменения объема под действием избыточного давления, соединенный с трубопроводом холодной воды. Технический результат заключается в исключении ручной (механической) регулировки температуры и расхода горячей воды на газовом проточном водонагревателе в процессе пользования горячей водой в нескольких точках потребления, обеспечении стабильности температуры при резком и значительном по величине изменении расхода горячей воды, исключении срабатывания защиты по перегреву и остановки нагрева воды при резком уменьшении потребления горячей воды, пауз во включении работы горелочного устройства между короткими паузами в потреблении горячей воды, а также снижении времени нагрева воды при первоначальном потреблении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Проточный газовый водонагреватель для нескольких точек разбора горячей воды, состоящий из корпуса, теплообменника, закрытой камеры сгорания, вентилятора отвода дымовых газов, газовой горелки с газовым клапаном с пропорциональным изменением проходного сечения в зависимости от данных датчика расхода поступающей в водонагреватель холодной воды, датчика максимально допустимой температуры, датчика температуры воды на выходе из водонагревателя, блока автоматики, трубопроводов холодной и горячей воды, отличающийся тем, что на трубопроводе горячей воды установлен бак промежуточного смешивания холодной и горячей воды и расширительный бак с механизмом изменения объема под действием избыточного давления, соединенный с трубопроводом холодной воды.

2. Проточный газовый водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности бака промежуточного смешивания холодной и горячей воды установлен электрический нагревательный элемент.

3. Проточный газовый водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что пропорции смешивания горячей и холодной воды в баке промежуточного смешивания регулируются краном с переменным проходным сечением.