Электроводонагреватель

 

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.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 24 Н 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иэОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г (21) 4887707/06 (22) 05.12.90 (46) 23,09.92. Бюл. М 35 (75) Л.Е.Бродский, В.ВАистов и А.Ю,Рыбаков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1536177, кл. F 24 Н 1/20, 1986, Авторское свидетельство СССР

М 1562621, кл. F 24 Н 1/20, 1980, Авторское свидетельство СССР

М 1532776, кл. F 24 Н 1/20, 1987, (54) ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕBATEЛЬ

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 по (1) является его сравнительная сложность, а основным недостатком злектроводонагревателя 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 злектроводонагревателей наиболее близким к предлагаемому изобретению является электроводонагреватель, „„. ЖÄÄ 1763811 А1

2 (57) Использование: электрические водонагреватели, Сущность изобретения: холодную воду подают через патрубок 2 в корпус 1 нэ нагрев. При заданных расходах тиристор 5 включает-нагревательный элемент 4, обеспечивая полупериодйое прохождение тока из электросети через тиристор 5 и нагревательный элемейт 4. Сапун 6 обеспечивает выход паровых пузйрьков через отверстие

17 и определенный уровень воды для включения (выключения) тиристора 5 по положе. we мениска 12 относительно контакта 7 сапунэ 6. 3 з.п. ф-лы. 1 ил, 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 про1763811 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 упро10 щения конструкции и повышения КПД тиристор размещен внутри корпуса, обеспечивая теплоотвод водой. Для повйшения электробезопасности, внутрь сливного патрубка введен открытый контакт, соединен15 ный проводом с заземляющим контактом напорного патрубка, вйпалненвым в виде лепестка закреплейвого на внутренней по20 верхности напорного патрубка по месту стыка с водяным краном. Такое включение тирйстора для защиты водонагревателя, а также сапуна является новым и обладает существенными отличиями. На чертеже

25 представлена схема электроводонагревателя.

Электроводонагреватель содержит корпус 1 с патрубком подвода 2 и патрубком 3 отвода, размещенный внутри корпуса на- 30 гревательный элемент 4 и тиристор 5.. корэлемент 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 контак- 40 том катода 10 тиристора 5. Управляющий электрод 11 тиристора 5 связан с неподвижным контактом 7 сапуна 6. Сапун 6 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 по- 50 верхности 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.

55 пус которого является анодом, а также сапун 6, размещенный в верхней части корпуса 1 нагревателя с закрепленным в нем неподвижным контактом 7, нагревательный 35

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 сапуне 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-150 м. 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 устанавяивается 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 обеспечивается температура воды на сливе

70ОС. Если необходимо уменьшить температуру воды на сливе, потребитель увеличивает расход до 1 л/мин. При этом температура снижается до 36 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 10 мм, Выполнение сапуна 6 из оргстекла позволяет визуально контролировать включение нагревателя по положению мениска 12 относительно контакта 7 и повышает удобство регулирования подачи воды.

1763811 нагревателя. В процессе работы нагревать ля от открытых контактов анода тиристора 5 и управляющего контакта 7 идут токи утечки, которые могут вызывать напряжения на

5 сливной струе. Для заземления сливной струи в сливном патрубке 3 размещен открытый контакт 13, связанный с потенциалом земли через провод 14, Заземляющий контакт 15, водяной кран 16 и, в конечном

10 счете, через водойровод. Благодая бесконтактному автоматическому включению нагревателя при подаче воды и его выключению при закрытии крана 16, повышается надежность конструкции. . 15 Малые габаритные размеры (оббъем корпуса до 100 мл) и небольшой вес электроводонагревателя (до 300 r) позволяют об":спечить его йепосредственный монтаж на кран, как это показайо на чертеже. Сто0 имость комплектующих (резистор С5-35В порядка 70к, тиристор КУ202Н от 40к до 90к, вилка с проводом 60к, пластмассовые детали корпуса 70к), простота конструкции, удобство в эксплуатации и при монтаже де5 лают предлагаемый водонагреватель, выгодным как для изготовителя, так и для широкого потребителя.

По предлагаемому изобретению изготовлены и успешно испытаны макетные об0 разцы, разработана КД и ведется подготовка производства, 102

= — — = 1,6 кВт

2 R где U =- 220  — питающее напряжение;

R = 15 Ом — сопротивление нагревательного элемента.

Максимальный ток 1, протекающий че- 2 рез тиристор 5, определяется выражением

I = 2U/R, и не превышает 20А, поэтому в нагревателе применен тиристор КУ202 Н.

Удобным представляется использовать в нагревателе симметричный тиристор-си- 2 мистор, например, КУ208Г, который позволяет использовать оба полупериода питающего напряжения, но несколько удо- рожает производство нагревателя.

При этом для сохранения прежней по- 3 требляемой мощности нужно увеличить сопротивление нагревательного элемента до

30 Ом. Очевидно, что максимальный ток в этом случае уменьшится в 2 раза, а так>хе 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 нагревателя 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 лавйнообразному открытию тиристора 5 в самом начале положительной полуволны питающего напряжения, токи, проходящие через контакт 7, оказываются весьма незначительными (до десятков мА), что уменьшает электрохимические процессы на поверхности контакта 7 и не ограничивает ресурс

55

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 однополупериодном прохождении тока через тиристор 5, найдется из формулы

1 1

N = .) — (2 0) з!паба=

2л R

Формула изобретения

1, Электроводонагреватель, содержащий снабженный заземляющим контактом и патрубками подвода и отвода корпус, расположенный в последйем нагревательный элемент, соединенный с двухпроводной электросетью, а также выключатель, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, он дополнительно содержит сапун с неподвижным контактом, выключатель выполнен в виде тиристора, управляющий электрод, изолиррванный 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 тл и ч а ю шийся тем, что. сапун выполнен из прозрачного материала.

3. Электроводонагреватель по п,1, о тл и ч а ю шийся тем, что тиристор расположен внутри корпуса.

4, Электроводонагреватель по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что н дополнительно содержит открытый контакт. расположен1763811

Составитель Л,Бродский

Техред М.Моргентал Корректор М.щарощи

Редактор

Заказ 3446 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ный внутри патрубка отвода, соединенный с заземляющим контактом корпуса, выполненным в виде лепестка, закрепленного на входном торце патрубка подвода.