Электроводонагреватель Советский патент 1992 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к электроэнергетике и теплоснабжению и может быть использовано в электрических водонагревателях, непосредственно устанавливаемых на водопроводные краны, преимущественно для бытовых нужд.

Известны водонагреватели, которые могут быть использованы для получения теплой воды при наличии источника электроэнергии и водопровода. Это водонагреватель Дадашева 1 и электроводонагреватель 2.

Недостатком водонагревателя является его сравнительная сложность, а основным недостатком электроводонагревателя по 2 с открытыми электродами является зависимость нагрева воды и потребляемой мощности от концентрации солей, которая изменяется в несколько раз для разных районов страны.

Из известных электроводонагревателей наиболее близким к предлагаемому изобретению является электроводонагреватель.

содержащий снабженный заземляющим контактом и патрубками подвода и отвода корпус, расположенный в последнем нагревательный элемент, соединенный с двухпроводной электросетью, а также выключатель 3.

Основным недостатком водонагревателя является конструктивная сложность и пониженная надежность работы.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение и повышение надежности конструкции за счет автоматического обесточивания нагревателя при прекращении подачи воды.

Эта цель достигается тем, что в электроводонагреватель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода и размещенный внутри корпуса нагревательный элемент, введены тиристор, а также сапун с закрепленным в нем неподвижным контактом, причем первый провод электросети через нагревательный элемент связан с открытым контактом анода тиристора, а второй просл

с

-ч

о со

00

вод - с изолированным контактом катода тиристора, управляющий же электрод тиристора связан с неподвижным контактом сапуна, причем сапун размещен в верхней части корпуса. Для удобства регулирования температуры за счет изменения расхода сапун выполнен из прозрачного материала, что позволяет оценить уровень воды в нагревателе по отношении к неподвижному контакту и момент включения нагревательного элемента. С целью дальнейшего упрощения конструкции и повышения КПД тиристор размещен внутри корпуса, обеспечивая теллоотвод водой. Для повышения электробезопасности, внутрь сливного патрубка введен открытый контакт, соединенный проводом с заземляющим контактом напорного патрубка, выполненным в виде лепестка закрепленного на внутренней поверхности напорного патрубка по месту стыка с водяным краном. Такое включение тиристора для защиты водонагревателя, а также сапуна является новым и обладает существенными отличиями. На чертеже представлена схема электроводонагревателя.

Электроводонагреватель содержит корпус 1 с патрубком подвода 2 и патрубком 3 отвода, размещенный внутри корпуса нагревательный элемент А и тиристор 5, корпус которого является анодом, а также сапун 6, размещенный в верхней части корпуса 1 нагревателя с закрепленным в нем неподвижным контактом 7, нагревательный элемент 4 приклеен через стойки к корпусу. Первый провод 8 электросети через нагревательный элемент 4 связан с открытым контактом анода (корпусом) тиристора 5, а второй провод 9 - с изолированным контактом катода 10 тиристора 5. Управляющий электрод 11 тиристора 5 связан С неподвижным контактом 7 сапуна 6. Сапун б выполнен из оргстекла, что позволяет визуально контролировать положение мениска 12 воды относительно неподвижного контакта 7. Внутри патрубка 3 размещен открытый контакт 13, соединенный проводом 14 с заземляющим контактом 15, выполненным в виде лепестка, закрепленного на внутренней поверхности патрубка 2 по месту стыка с водяным краном 16. патрубок 2 представляет собой отрезок резинового шланга с внутренним сечением 14...15 мм, позволяющий обеспечить простоту монтажа водонагревателя на водопроводный кран 16, а также добиться надежного заземления струи воды из патрубка 3 отвода через открытый контакт 13, провод 14, заземляющий контакт 15 и кран 16.

Проходное сечение сливного патрубка 3 выбрано 4 мм таким образом, чтобы обеспечить расход теплой воды до 0,6 л/мин, при температуре 70°С, потребляемой мощности

около 2 кВт и высоте водяного столба от среза патрубка 3 отвода до мениска 12 порядка 7-11 см. Диаметр отверстия 17 в салуне 6 выбран 0,7 мм, чтобы ограничить расход через сапун при большом открытии

крана 16.

В качестве нагревательного элемента применен серийный проволочный резистор С5...35-25 Вт-150м. Благодаря повышенной теплоемкости воды на 2 порядка по сравнению с воздухом, обеспечен нормальный теплообмен без разрушения резистора.

Работает электроводонагреватель следующим образом.

Холодная вода подается при открытии

крана 16 через патрубок 2 подвода в корпус 1 и вытекает через сливной патрубок 3 отвода. Если сделать расход менее 0,2-0,3 л/мин, что может вызвать кипение воды, то мениск 12 устанавливается ниже контакта 7,

тиристор 5 оказывается запертым и не включает нагревательный элемент 4. Это обеспечивается выбором проходного сечения сливного патрубка 3. Если расход увеличить до 0,5 л/мин, то уровень воды

(мениск 12) в нагревателе поднимется выше контакта 7. Между открытым контактом анода (корпусом) тиристора 5 и управляющим электродом 11, связанным с контактом 7 оказывается включенной проводимость водяного столба, обусловленная солями воды. В этом случае, как известно, тиристор 5 открывается, обеспечивая полупериодное прохождение тока из электросети через тиристор 5 и нагревательный элемент 4. Паровые пузырьки, образующиеся при нагреве воды, поднимаются и выходят через отверстие 17 в сапуне 6. При расходе 0,6 л/мин обеспечирается температура воды на сливе 70°С. Если необходимо уменьшить температуру воды на сливе, потребитель увеличивает расход до 1 л/мин. При этом температура снижается до36°С, мениск 12 поднимается и из отверстия 17 сапуна 6 может вытекать тонкая струя воды. Закрытие подачи воды

из водяного крана 16 приводит к быстрому (менее 1 с) снижению мениска 12 до контакта 7 и выключению тиристора 5, так, что вода не успевает закипеть. Это обеспечивается рациональным выбором диаметра сапуна от

7 до 10мм. Выполнение сапуна 6 из оргстекла позволяет визуально контролировать включение нагревателя по положению мениска 12 относительно контакта 7 и повышает удобство регулирования подачи воды.

С учетом ограничения мощности, потребляемой из бытовой электросети, величиной не более 2 кВт, сопротивление нагревательного элемента 4 выбрано 150 м. Средняя тепловая мощность, выделяемая на нагревательном элементе 4 при однопо- лупериодном прохождении тока через тиристор 5, найдется из формулы

N ()2slnada

1.6 кВт

где U 220 В - питающее напряжение;

R 15 Ом - сопротивление нагревательного элемента.

Максимальный ток 1, протекающий че- рез тиристор 5, определяется выражением I v2 U/R, и не превышает 20А, поэтому в нагревателе применен тиристор КУ202Н.

Удобным представляется использовать в нагревателе симметричный тиристор-си- мистор, например, КУ208Г, который позволяет использовать оба полупериода питающего напряжения, но несколько удорожает производство нагревателя.

При этом для сохранения прежней по- требляемой мощности нужно увеличить сопротивление нагревательного элемента до 30 Ом. Очевидно, что максимальный ток в этом случае уменьшится в 2 раза, а также снизится уровень помех, оказываемых на бытовую электросеть.

Известно, что при прохождении среднего тока 10А через открытый тиристор 5 на нем выделяется мощность порядка 20 Вт. Поэтому, его установка вне корпуса 1 нагре- вателя потребовала бы применения достаточно габаритного и сложного по конструкции радиатора с воздушным охлаждением. В предлагаемой же конструкции, благодаря водяному охлаждению тиристора 5, радиатор исключен. Температура тиристора 5 на несколько градусов больше температуры воды на сливе и не превышает 80°С в процессе эксплуатации нагревателя, что является нормальным до кремниевых приборов и, в частности, для КУ 202Н. Коэффициенты усилений тиристоров по току очень велики, поэтому, благодаря лавинообразному открытию тиристора 5 в самом начале положительной полуволны питающего напряжения, токи, проходящие через контакт, оказываются весьма незначительными (до десятков мА), что уменьшает электрохимические процессы на поверхности контакта 7 и не ограничивает ресурс

нагревателя. В процессе работы нагревать ля от открытых контактов анода тиристора Ъ и управляющего контакта 7 идут токи утеч ки, которые могут вызывать напряжения на сливной струе. Для заземления сливной струи в сливном патрубке 3 размещен от крытый контакт 13, связанный с потенциалом земли через провод 14, заземляющий контакт 15, водяной кран 16 и, в конечном счете, через водопровод. Благодая бесконтактному автоматическому включению нагревателя при подаче воды и его выключению при закрытии крана 16, повышается надежность конструкции.

Малые габаритные размеры (объем корпуса до 100 мл) и небольшой вес электроводонагревателя (до 300 г) позволяют обеспечить его непосредственный монтаж на кран, как это показано на чертеже. Стоимость комплектующих (резистор С5-35В порядка 70к, тиристор КУ202Н от40к до 90к, вилка с проводом 60к, пластмассовые детали корпуса 70к), простота конструкции, удобство в эксплуатации и при монтаже делают предлагаемый водонагреватель, выгодным как для изготовителя, так и для широкого потребителя.

По предлагаемому изобретению изготовлены и успешно испытаны макетные образцы, разработана КД и ведется подготовка производства.

Формула изобретения

1.Электроводонагреватель, содержащий снабженный заземляющим контактом и патрубками подвода и отвода корпус, расположенный в последнем нагревательный элемент, соединенный с двухпроводной электросетью, а также выключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, он дополнительно содержит сапун с неподвижным контактом, выключатель выполнен в виде тиристора, управляющий электрод, изолированный контакт катода и открытый контакт анода которого соединены соответственно с неподвижным контактом сапуна, с одним проводом электросети и посредством нагревательного элемента - с вторым проводом электросети.

2.Электроводонагреватель по п.1, о т - личающийся тем, что, сапун выполнен из прозрачного материала.

3.Электроводонагреватель по п.1, о т - личающийся тем, что тиристор расположен внутри корпуса.

4.Электроводонагреватель по п.1, о т - личающийся тем, что н дополнительно содержит открытый контакт, расположенный внутри патрубка отвода, соединенный с заземляющим контактом корпуса, выполненным в виде лепестка, закрепленного на входном торце патрубка подвода.

Использование: электрические водонагреватели. Сущность изобретения: холодную воду подают через патрубок 2 в корпус 1 на нагрев. При заданных расходах тиристор 5 включает нагревательный элемент 4, обеспечивая полупериодное прохождение тока из электросети через тиристор 5 и нагревательный элемент 4. Сапун 6 обеспечивает выход паровых пузырьков через отверстие 17 и определенный уровень воды для включения (выключения) тиристора 5 по положению мениска 12 относительно контакта 7 сапуна 6. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Ю

;