Электрический накопительный водонагреватель Российский патент 2024 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к водонагревателям с погружными нагревательными элементами.

Известен автоматический центральный водонагреватель накопительного типа, который состоит из бака из нержавеющей стали, изоляционного слоя, блока управления, термочувствительной трубки, внешней упаковки и основания. Характерной чертой является то, что бак из нержавеющей стали представляет собой цилиндр, прямоугольный параллелепипед, квадратный корпус, эллипсоид и другие формы, способные хранить воду. Герметизирующая втулка для воды, уплотнительная втулка для впуска воды расположены в баке, трубка впускного клапана для воды расположена в уплотнительной втулке для впуска воды, трубка впускного клапана для воды находится в баке. Выпускная труба для воды для купания и бытовой воды расположена в верхней правой части водяного мешка, а входное отверстие для воды в баке обращено вверх. На верхней трубке бака имеется соединение предохранительного клапана. Выпуск воды снаружи бака для воды; верхняя часть водяного бака также снабжена выпускной трубкой для нагрева, а выпускная трубка для нагрева расположена по кругу в водяном баке для нагрева выпускного отверстия. Это верхний конец выпускной трубы для нагрева, а отверстие для обратной воды отопления является нижним концом выпускной трубы отопления; нижняя часть водяного бака снабжена трубкой с солнечным теплообменным теплоносителем, которая также расположена по спирали в водяном баке. Верхнее отверстие трубки с теплоносителем также расположено. Вход трубы теплоносителя теплообмена, нижний порт - выход теплоносителя теплообмена; нижняя часть водяного бака снабжена соединением канализационного клапана, а водяной бак проходит от верхнего конца. Нагревательная трубка предусмотрена на нижнем конце через выпускную трубу отопления и центр змеевика трубы теплоносителя солнечного теплообмена; трубка измерения температуры расположена в левом верхнем углу водяного мешка и проходит в водяной бак; Слой расположен снаружи водяного бака и выполнен из теплоизоляционного материала, не влияющего на выдвижение каждого сопла; внешний корпус имеет блок управления в верхней левой части, за исключением внутреннего теплоизоляционного слоя. Цепь электрической нагревательной трубки контролируется на включение и выключение; основание предусмотрено в нижней части внешней упаковки, а выступающие отверстия для выпуска воды расположены на внешней упаковке. Внешний корпус имеет внутри и снаружи электростатическое напыленное покрытие. Бак для воды изготовлен из нержавеющей стали. [CN1121591C, опубл. 17.09.2003].

Недостатком аналога является неопределенная мощность нагревательных элементов и неопределенный состав теплоизолирующего слоя, что не позволяет определить эффективность, а также скорость нагрева воды.

Наиболее близкое техническое решение описано в электрическом водонагревателе, содержащем вертикально расположенный внутренний бак, наружный корпус и расположенную между ними теплоизоляцию, патрубок подвода холодной воды, патрубок отвода горячей воды и электрический нагревательный элемент, отличающийся тем, что электрический нагревательный элемент установлен с возможностью его замены на наружной стенке внутреннего бака, при этом внутренний бак выполнен цельнометаллическим бесшовным с нижней и верхней горловинами, в которых установлены патрубки подвода холодной и отвода горячей воды соответственно. Нагревательный элемент выполнен в виде одного или более кольцеобразных нагревательных элементов, подключенных параллельно. На наружной поверхности внутреннего бака методом пластического деформирования выполнены кольцевые канавки для установки кольцеобразных нагревательных элементов. Нагревательные элементы закреплены на баке с помощью пружин. Нагревательные элементы выполнены разной потребляемой мощности. Внутренний бак выполнен из алюминиевого сплава. Внутренний бак выполнен методом закатки горловин. В качестве теплоизоляции использовано базальтовое волокно. [RU2382292C1, опубл. 20.02.].

Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная надежность бака, обусловленная неопределенной толщиной стенки металла, а также механическими характеристиками алюминиевого бака, которые в значительной мере уступают стальному баку заявленного изобретения. Также, теплопроводность алюминия значительно выше стали, что существенно повышает теплоотдачу от водонагревателя с алюминиевым баком, что снижает скорость нагрева воды ввиду высоких теплопотерь.

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задача изобретения - повышение надежности и скорости нагрева воды.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности электрического накопительного водонагревателя, а также повышение скорости нагрева воды внутри электрического накопительного водонагревателя.

Указанный технический результат достигается тем, что электрический накопительный водонагреватель содержит бак, входной патрубок, выходной патрубок, сливной трубопровод и блок трубчатых электронагревателей, содержит кронштейны, смонтированные к верхней части бака, выполненные с толщиной от 4 мм до 6 мм, где бак выполнен из нержавеющей стали толщиной от 2 мм до 5 мм, где торцевые части бака выполнены торосферической формы, с высотой торовой части от 6 мм до 20 мм и высотой сферической части от 0,2 D до 0,3 D, где D - диаметр бака, при этом блок трубчатых электронагревателей выполнен общей мощностью от 4 кВт до 150 кВт, а трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также, электрический накопительный водонагреватель содержит предохранительный клапан с давлением до 0,6 МПа, поплавковый датчик уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр и термостат, причем термостат смонтирован в верхней части бака на одном уровне с выходным патрубком, при этом на бак смонтирована теплоизоляция, выполненная в виде базальтового мата с толщиной слоя от 30 мм до 70 мм и плотностью от 50 кг/м³ до 150 кг/м³ покрытого чехлом из поливинилхлоридного материала на тканевой основе.

В частности, блок трубчатых электронагревателей выполнен с возможностью работы от сети напряжением 220 В.

В частности, блок трубчатых электронагревателей выполнен с возможностью работы от сети напряжением 380 В.

В частности, объем бака выполнен в диапазоне от 300 л до 3000 л.

В частности, в качестве нержавеющей стали для бака применена сталь марки 12Х18Н10.

В частности, в качестве нержавеющей стали для бака применена сталь марки AISI 304.

Электрический накопительный водонагреватель характеризуется изображениями:

На фиг. 1 - показан вид сбоку на электрический накопительный водонагреватель.

На фигурах обозначено: 1 - бак, 2 - блок трубчатых электронагревателей, 3 - предохранительный клапан, 4 - поплавковый датчик, 5 - монометрический термометр, 6 - термостат, 7 - выходной патрубок, 8 - кронштейн, 9 - мат, 10 - чехол, 11 - входной патрубок, 12 - сливной трубопровод.

Согласно изобретению, электрический накопительный водонагреватель содержит бак 1 (фиг. 1), выполненный из нержавеющей стали, что существенно повышает его надежность за счет устойчивости к коррозии.

Материал бака 1 - нержавеющая сталь, например 12Х18Н10 (массовая доля углерода не более 0,12%; содержание хрома около 18 %, в сплаве содержится около 10 % никеля, также сталь содержит титан (<0,8 %)) или AISI 304 (Никель до 10-11 %, Хром до 20 %, Медь. до 0,3 %, Углерод до 0,08, Титан не более 0,3 %), что при необходимости может дополнительно повысить устойчивость к коррозии, повысив тем самым надежность электрического накопительного водонагревателя.

Толщина стенки бака 1, выполненного из нержавеющей стали, находится в диапазоне от 2 мм до 5 мм, что существенно повышает надежность при эксплуатации электрического накопительного водонагревателя за счет повышения общей прочности бака 1, а также способности выдерживать высокое давление, образуемое внутри бака 1 в течение эксплуатации. Толщина бака 1 меньше, чем 2 мм не допускается ввиду обеспечения недостаточной прочности бака 1, что может привести к нарушению его целостности, что существенно снизит его надежность. Исполнение бака 1 с толщиной стенки свыше 5 мм нецелесообразно ввиду избыточного веса электрического накопительного водонагревателя, его высокой стоимости изготовления, при отсутствии необходимости обеспечения дополнительной надежности, обусловленной давлением, создаваемом внутри бака 1 во время его эксплуатации.

Торцевые части бака 1 выполнены торосферической формы, где высота торовой части находится в диапазоне от 6 до 20 мм, а высота сферической части находится в диапазоне от 0,2D до 0,3D, где D - диаметр бака 1, что существенно влияет на повышение надежности за счет конструктивной особенности торосферической формы, обеспечивающей сохранение геометрических форм и герметичности электрического накопительного водонагревателя при высоком давлении, которое образуется внутри бака 1 в течение длительной его эксплуатации. Геометрические характеристики торцевых частей торосферической формы, отличные от указанных в заявленном изобретении не рекомендуются ввиду недостаточного повышения надежности, обусловленного недостаточным обеспечением прочности бака 1 при высоком внутреннем давлении в течение длительной эксплуатации электрического накопительного водонагревателя.

Электрический накопительный водонагреватель выполнен объемом в диапазоне от 300 л до 3000 л, что при необходимости может дополнительно влиять на скорость нагрева воды за счет комбинации объема бака 1 и мощности блока трубчатых электронагревателей 2.

Электрический накопительный водонагреватель содержит предохранительный клапан 3 с давлением до 0,6 МПа. Предохранительный клапан 3 предотвращает возможное повреждение бака 1 водонагревателя избыточным давлением. Вода, находящаяся в баке 1 водонагревателя, нагревается, образуется пар и повышается давление в баке 1. Предохранительный клапан 3 позволяет выпускать избыточное давление, что в совокупности положительных эксплуатационных характеристик повышает надежность электрического накопительного водонагревателя. Исполнение предохранительного клапана 3 с давлением до 0,6 МПа считается достаточным для обеспечения контроля за внутренним давлением в баке 1, использование предохранительного клапана 3 с большим предельным давлением нецелесообразно ввиду отсутствия необходимости, обусловленной отсутствием давлений в баке 1 выше, чем 0,6 МПа, а также необоснованного удорожания устройства.

Электрический накопительный водонагреватель содержит блок трубчатых электронагревателей 2 общей мощностью от 4 кВт до 150 кВт, что существенно влияет на скорость нагрева воды внутри накопительного бака 1 электрического водонагревателя так как мощность трубчатых электронагревателей 2 напрямую влияет на скорость нагрева воды и, соответственно, чем больше мощность трубчатых электронагревателей 2, тем быстрее вода нагревается до заданной температуры. Блок трубчатых электронагревателей 2 с диапазоном мощностей, указанных в заявленном изобретении, позволяет обеспечить скорость нагрева воды от 4 град/час до 85 град/час.

Блок трубчатых электронагревателей 2 электрического накопительного водонагревателя при необходимости может быть выполнен с возможностью подключения к электросети с напряжением 220В или 380В, что при необходимости может дополнительно повысить надежность водонагревателя и скорость нагрева воды за счет обеспечения стабильного электроснабжения при разной требуемой мощности электропотребителей.

Трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, что существенно повышает надежность электрического накопительного водонагревателя за счет увеличения срока его службы ввиду высокой коррозионностойкости нержавеющей стали.

Электрический накопительный водонагреватель содержит поплавковый датчик 4 уровня жидкости, предназначенный для сигнализации уровня жидкости внутри бака 1 и необходимый для своевременного включения и выключения блока трубчатых электронагревателей 2, что в свою очередь существенно влияет на повышение надежности электрического накопительного водонагревателя за счет предотвращения работы блока трубчатых электронагревателей при отсутствии воды в баке.

Электрический накопительный водонагреватель содержит жидкостный монометрический термометр 5, необходимый для наиболее точного измерения давления и температуры внутри бака 1 устройства, что существенно влияет на повышение надежности всего устройства за счет контроля за основными показателями водонагревателя в рабочем режиме. Применение монометрического термометра 5 жидкостного типа обусловлено высоким диапазоном измеряемых температур, а также низкой погрешностью измерений.

Электрический накопительный водонагреватель содержит термостат 6, который работает на принципе температурной деформации биметалла и размыкается при температуре 83-85°С. При остывании нагреваемой воды до 72-78°С контакты датчика замыкаются, обеспечивая возможность включения пускателя. Измерительный датчик температуры расположен в верхней части бака на уровне выходного патрубка 7 и контролирует температуру наиболее горячего слоя воды, непосредственно используемой при водоразборе, что в совокупности своих характеристик и расположения повышает надежность электрического накопительного водонагревателя и скорость нагрева воды внутри устройства за счет наиболее эффективного распределения энергии при нагревании.

Электрический накопительный водонагреватель содержит кронштейны 8, смонтированные к верхней части устройства и выполненные с толщиной от 4 мм до 6 мм. Наличие кронштейнов 8 существенно повышает надежность при транспортировке и установке электрического накопительного водонагревателя, а также повышает его надежность во время эксплуатации, так как позволяет использовать кронштейны 8 в качестве поддерживающих элементов, исключая опрокидывание, а также снижая нагрузку на опоры, на которые смонтирован бак 1. Толщина кронштейнов 8 менее 4 мм не допускается ввиду недостаточного обеспечения прочности при транспортировке и эксплуатации электрического накопительного водонагревателя. Толщина кронштейнов 8 больше, чем 6 мм нецелесообразна ввиду необоснованного увеличения веса конструкции без необходимости дополнительного обеспечения прочности кронштейнов 8.

Электрический накопительный водонагреватель содержит теплоизоляцию, выполненную в виде базальтового мата 9, покрытого чехлом 10, из поливинилхлоридного материала на тканевой основе. Толщина базальтового мата 9 находится в диапазоне от 30 мм до 70 мм и плотностью от 50 кг/м³ до 150 кг/м³, что существенно влияет на повышение надежности за счет защиты от механических повреждений бака 1, а также существенно влияет на скорость нагрева воды за счет теплоизоляционных свойств базальтового мата 9, а также толщины слоя теплоизоляционного материала. Толщина теплоизоляционного базальтового мата 9 меньше, чем 30 мм и плотность меньше, чем 50 кг/м³ не допускается ввиду недостаточного обеспечения прочности, обусловленного недостаточной устойчивости к механическим повреждениям, а также недостаточного повышения скорости нагрева воды, обусловленного недостаточными показателями теплоизоляции бака. Исполнение теплоизоляционного слоя базальтового мата 9 с толщиной больше, чем 70 мм и плотностью свыше 150 кг/м³ нецелесообразно ввиду удорожания конструкции при производстве при незначительном повышении прочности и скорости нагрева воды в баке. Исполнение чехла 10 теплоизоляции из поливинилхлоридного материала на тканевой основе существенно влияет на повышение надежности электрического накопительного водонагревателя за счет повышения устойчивости к механическим повреждениям чехла 10, обусловленного прочностными характеристиками материала.

Входной патрубок 11 и выходной патрубок 7, необходимы для подачи воды в бак и вывода воды из бака 1 после нагрева.

Электрический накопительный водонагреватель содержит сливной трубопровод 12, необходимый для своевременного технического обслуживания, что существенно повышает срок эксплуатации устройства, а соответственно повышает его надежность.

Таким образом, исполнение электрического накопительного водонагревателя, содержащего бак 1, входной патрубок 11, выходной патрубок 7 и сливной трубопровод 12, отличающийся тем, что бак 1 выполнен из нержавеющей стали толщиной от 2 мм до 5 мм, где торцевые части бака 1 выполнены торосферической формы, с высотой торовой части от 6 мм до 20 мм и высотой сферической части от 0,2D до 0,3D, где D - диаметр бака 1, содержащий предохранительный клапан 3 с давлением до 0,6 МПа, блок трубчатых электронагревателей 2 общей мощностью от 4 кВт до 150 кВт, где трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также, электрический накопительный водонагреватель содержит поплавковый датчик 4 уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр 5 и термостат 6, причем термостат 6 смонтирован в верхней части бака на одном уровне с выходным патрубком 12, содержит кронштейны 8, смонтированные к верхней части бака 1, выполненные с толщиной от 4 мм до 6 мм, а также теплоизоляцию, выполненную в виде базальтового мата 9 с толщиной слоя от 30 мм до 70 мм и плотностью от 50 кг/м3 до 150 кг/м3 покрытого чехлом 10 из поливинилхлоридного материала на тканевой основе, что в совокупности всех указанных признаков, их характеристик и взаимосвязей позволяет обеспечить повышение надежности и скорости нагрева воды.

Примеры реализации.

Первый пример реализации

Электрический накопительный водонагреватель содержит бак 1 на 300 л, входной патрубок 11, выходной патрубок 7 и сливной трубопровод 12, где бак 1 выполнен из стали марки 12Х18Н10 толщиной 2 мм, где торцевые части бака 1 выполнены торосферической формы, с высотой торовой части 6 мм и высотой сферической части 0,2D, где D - диаметр бака 1, содержащий предохранительный клапан 3 с давлением до 0,6 МПа, блок трубчатых электронагревателей 2 общей мощностью 4 кВт, работающих от сети с напряжением 220В, где трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также, электрический накопительный водонагреватель содержит поплавковый датчик 4 уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр 5 и термостат 6, причем термостат 6 смонтирован в верхней части бака 1 на одном уровне с выходным патрубком 12, содержит кронштейны 8, смонтированные к верхней части бака 1, выполненные с толщиной 4 мм, а также теплоизоляцию, выполненную в виде базальтового мата 9 с толщиной слоя 30 мм и плотностью 50 кг/м³, покрытого чехлом 10 из поливинилхлоридного материала на тканевой основе

Таким образом совокупность элементов, их характеристик и взаимосвязей позволяет повысить надежность электрического накопительного водонагревателя и обеспечить скорость нагрева воды 4 град/час.

Второй пример реализации

Электрический накопительный водонагреватель содержит бак 1 на 1500 л, входной патрубок 11, выходной патрубок 7 и сливной трубопровод 12, где бак 1 выполнен из стали марки 12Х18Н10 толщиной 4 мм, где торцевые части бака 1 выполнены торосферической формы, с высотой торовой части 13 мм и высотой сферической части 0,3D, где D - диаметр бака 1, содержащий предохранительный клапан 3 с давлением до 0,6 МПа, блок трубчатых электронагревателей 2 общей мощностью 80 кВт, работающих от сети с напряжением 380В, где трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также, электрический накопительный водонагреватель содержит поплавковый датчик 4 уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр 5 и термостат 6, причем термостат 6 смонтирован в верхней части бака 1 на одном уровне с выходным патрубком 12, содержит кронштейны 8, смонтированные к верхней части бака 1, выполненные с толщиной 5 мм, а также теплоизоляцию, выполненную в виде базальтового мата 9 с толщиной слоя 50 мм и плотностью 100 кг/м³, покрытого чехлом 10 из поливинилхлоридного материала на тканевой основе

Таким образом совокупность элементов, их характеристик и взаимосвязей позволяет повысить надежность электрического накопительного водонагревателя и обеспечить скорость нагрева воды 45 град/час.

Третий пример реализации

Электрический накопительный водонагреватель содержит бак 1 на 3000 л, входной патрубок 11, выходной патрубок 7 и сливной трубопровод 12, где бак 1 выполнен из стали марки AISI 304 толщиной 5 мм, где торцевые части бака 1 выполнены торосферической формы, с высотой торовой части 20 мм и высотой сферической части 0,3D, где D - диаметр бака 1, содержащий предохранительный клапан 3 с давлением до 0,6 МПа, блок трубчатых электронагревателей 2 общей мощностью 150 кВт, работающих от сети с напряжением 380В, где трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также, электрический накопительный водонагреватель содержит поплавковый датчик 4 уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр 5 и термостат 6, причем термостат 6 смонтирован в верхней части бака 1 на одном уровне с выходным патрубком 12, содержит кронштейны 8, смонтированные к верхней части бака 1, выполненные с толщиной 6 мм, а также теплоизоляцию, выполненную в виде базальтового мата 9 с толщиной слоя 70 мм и плотностью 150 кг/м³, покрытого чехлом 10 из поливинилхлоридного материала на тканевой основе

Таким образом, совокупность элементов, их характеристик и взаимосвязей позволяет повысить надежность электрического накопительного водонагревателя и обеспечить скорость нагрева воды 85 град/час.

Таким образом, заявленное изобретение, за счет примененных в нем устройств и технологий, совокупности их характеристик и взаимосвязей позволяет обеспечить повышение надежности электрического накопительного водонагревателя и повысить скорость нагрева воды внутри бака устройства.

Изобретение относится к накопительным водонагревателям с погружными электронагревательными элементами. Электрический накопительный водонагреватель содержит бак, входной патрубок, выходной патрубок, сливной трубопровод и блок трубчатых электронагревателей, содержит кронштейны, смонтированные к верхней части бака, выполненные с толщиной от 4 мм до 6 мм, где бак выполнен из нержавеющей стали толщиной от 2 мм до 5 мм, где торцевые части бака выполнены торосферической формы, с высотой торовой части от 6 мм до 20 мм и высотой сферической части от 0,2 D до 0,3 D, где D - диаметр бака, при этом блок трубчатых электронагревателей выполнен общей мощностью от 4 кВт до 150 кВт, а трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также электрический накопительный водонагреватель содержит предохранительный клапан с давлением до 0,6 МПа, поплавковый датчик уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр и термостат, причем термостат смонтирован в верхней части бака на одном уровне с выходным патрубком, при этом на бак смонтирована теплоизоляция, выполненная в виде базальтового мата с толщиной слоя от 30 мм до 70 мм и плотностью от 50 кг/м³ до 150 кг/м³, покрытого чехлом из поливинилхлоридного материала на тканевой основе. Изобретение обеспечивает повышение надежности и повышает скорость нагрева воды внутри бака. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрический накопительный водонагреватель, содержащий бак, входной патрубок, выходной патрубок, сливной трубопровод и блок трубчатых электронагревателей, отличающийся тем, что содержит кронштейны, смонтированные к верхней части бака, выполненные с толщиной от 4 мм до 6 мм, где бак выполнен из нержавеющей стали толщиной от 2 мм до 5 мм, где торцевые части бака выполнены торосферической формы, с высотой торовой части от 6 мм до 20 мм и высотой сферической части от 0,2 D до 0,3 D, где D - диаметр бака, при этом блок трубчатых электронагревателей выполнен общей мощностью от 4 кВт до 150 кВт, а трубчатые электронагреватели выполнены из нержавеющей стали, также электрический накопительный водонагреватель содержит предохранительный клапан с давлением до 0,6 МПа, поплавковый датчик уровня жидкости, жидкостный монометрический термометр и термостат, причем термостат смонтирован в верхней части бака на одном уровне с выходным патрубком, при этом на бак смонтирована теплоизоляция, выполненная в виде базальтового мата с толщиной слоя от 30 мм до 70 мм и плотностью от 50 кг/м³ до 150 кг/м³, покрытого чехлом из поливинилхлоридного материала на тканевой основе.

2. Электрический накопительный водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что блок трубчатых электронагревателей выполнен с возможностью работы от сети напряжением 220 В.

3. Электрический накопительный водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что блок трубчатых электронагревателей выполнен с возможностью работы от сети напряжением 380 В.

4. Электрический накопительный водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что объем бака выполнен в диапазоне от 300 л до 3000 л.

5. Электрический накопительный водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нержавеющей стали для бака применена сталь марки 12Х18Н10.

6. Электрический накопительный водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нержавеющей стали для бака применена сталь марки AISI 304.