Водонагреватель
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в проточных водонагревателях. В водонагревателе с нагревательным модулем, который в нагревательной секции своего, по меньшей мере, в основном, кольцевого внутреннего пространства, подключенного к подводу и сливу, содержит, по меньшей мере, один трубчатый нагревательный элемент, нагревательная секция имеет по ходу кольца прерывание, определяющее два раздельных начала трасс потока. В прерывании предусмотрена впускная зона к началам трасс потока. Выпускное устройство нагревательной секции, соединенное со сливом, удалено от впускной зоны и расположено так, что обе трассы потока имеют приблизительно одинаковую длину от впускной зоны до выпускного устройства. При работе такого водонагревателя не происходит неконтролируемого перемешивания холодной и горячей воды, а участки нагревателя с повышенным энерговыделением хорошо охлаждаются, что повышает эксплуатационную надежность и увеличивает долговечность нагревательного элемента. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к водонагревателю в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В нагревательной секции водонагревателя, известного из патентного документа DE 10130610 А, имеется кольцевая полость, в которой расположен трубчатый нагревательный элемент с двумя ступенями нагрева, и в которой вода протекает по кольцу в одном направлении. При такой конструкции возможно нежелательное перемешивание холодной воды с нагретой. Трубчатый нагревательный элемент вследствие крутых изгибов и направленной наружу теплопроводности трубчатого нагревательного элемента имеет участки с большим удельным энерговыделением, которые недостаточно охлаждаются в замкнутой по периметру кольцевой внутренней полости.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создать водонагреватель упомянутого выше вида, при работе которого не происходит неконтролируемое перемешивание холодной и нагретой воды, и в нагревательной секции которого критическая зона трубчатого нагревательного элемента, отличающаяся большим удельным энерговыделением, интенсивно охлаждается.
Поставленная задача решается в водонагревателе, в частности в водонагревателе для душа с нагревательным модулем, который в нагревательной секции своего, по меньшей мере, в основном, кольцеобразного внутреннего пространства, примыкающего к подводу и сливу, содержит, по меньшей мере, один трубчатый нагревательный элемент (K1, K2), тем, что нагревательная секция имеет по ходу кольца прерывание, определяющее два раздельных начала (13, 14) трасс потока, что в прерывании предусмотрена впускная зона к началам (13, 14) трасс потока и что выпускное устройство (15) нагревательной секции, соединенное со сливом нагревательного модуля, удалено от впускной зоны и расположено так, что обе трассы (R1, R2) потока имеют приблизительно одинаковую длину от впускной зоны до выпускного устройства (15).
При этом во впускной зоне внутри прерывания предусмотрены два разветвляющихся из впускного канала (11) раздельных впускных тракта (12) к началам (13, 14) трасс потока в нагревательной секции.
Выпускное устройство (15) представляет собой общее для обеих трасс (R1, R2) потока выпускное отверстие (16) в нагревательной секции.
Нагревательная секция до прерывания имеет форму кольца, а впускной канал (11) проходит внутрь кольца до расположенного там, сформированного в нагревательном модуле, патрубка (4) подвода, и между расположенным на наружной стороне кольца вблизи прерывания патрубком (6) слива и выпускным устройством (15) пролегает, по меньшей мере, один проходящий вдоль наружной стороны кольца выпускной канал (7).
Подвод расположен на наружной стороне кольца и от подвода до патрубка (4) пролегает проходящий над прерыванием подводящий канал (5), предпочтительно в виде вставной детали.
Прерывание внутри кольца занимает приблизительно от одной трети до одной пятой, а предпочтительно около одной четверти полной длины кольца.
Трубчатый нагревательный элемент (K1, K2) в нагревательной секции может проходить насквозь от одного начала (13) трассы потока до другого начала (14) трассы потока и может иметь два изгиба (19) под углом около 90° к присоединительным концам (17), а в точках поворота трубчатый нагревательный элемент может иметь изгиб (22, 20) под углом 180°, при этом изгибы (19, 20, 22) расположены вблизи начал (13, 14) трасс потока.
В нагревательной секции расположены, по меньшей мере, два проходящих один над другим трубчатых нагревательных элемента (K1, K2) сходной конфигурации с разнесенными присоединительными концами (17).
Цельный трубчатый нагревательный элемент (K1) в нагревательной секции в плоскости кольца и перпендикулярно к плоскости кольца выполнен в виде нескольких, предпочтительно двух, петель, а образованные между петлями (18, 23) изгибы (22, 20) под углом 180° расположены вблизи начал (13, 14) трасс потоков.
Плоскость кольца нагревательной секции при установленном в рабочем и смонтированном положении водонагревателе с обращенным книзу прерыванием и расположенным сверху выпускным устройством (15) расположена практически вертикально, причем подвод и слив расположены внизу.
В нагревательной секции вблизи выпускного устройства (15) установлен биметаллический выключатель.
Поперечное сечение нагревательной секции многократно превышает поперечное сечение каждого впускного тракта (12) и выпускного устройства (15) или выпускного отверстия (16), так что нагревательная секция образует промежуточный резервуар воды.
Нагревательный модуль имеет, по существу, круглую форму и состоит из двух соединенных между собой пластмассовых фасонных деталей (1, 2), изготовленных методом литья под давлением, в одной фасонной детали (1) сформованы нагревательная секция в виде углубления с приблизительно U-образным сечением и участок прерывания с зонами впускных трактов (12) и выпускного канала (7), а в другой фасонной детали (2) сформованы, по существу, гладкая крышка для нагревательной секции и другой участок прерывания с зонами впускных трактов (12) и выпускного канала (7).
Так как разрыв в имеющейся кольцевой форме (именуемый как "прерывание") препятствует круговой циркуляции воды и вынуждает воду течь двумя путями или трассами к выпускному устройству, то перемешивание холодной и теплой воды исключается. Так как создаются всегда определенные условия протекания, и холодная вода должна входить в нагревательную секцию в заранее определенных участках, то критические вследствие высокой плотности энерговыделения участки каждого нагревательного элемента могут быть там расположены так, что они будут очень хорошо охлаждаться. Это повышает эксплуатационную надежность и увеличивает долговечность каждого трубчатого нагревательного элемента.
В зоне входа целесообразно предусмотрены два раздельных впускных тракта в нагревательную секцию. Благодаря этому вдоль каждой трассы потока при протекании создаются благоприятные гидродинамические условия, так что непрерывно текущая вода постепенно прогревается и у выпускного устройства, и при выходе из нагревательной секции имеет наиболее высокую температуру. При протекании не происходит смешивания холодной и теплой воды.
В выпускном устройстве можно было бы, в соответствующих случаях, предусмотреть раздельный прием и раздельное дальнейшее направление каждого потока. Однако следует отдать предпочтение такому решению, при котором для обеих трасс потока предусматривается лишь одно общее выходное отверстие.
За исключением прерывания нагревательная секция имеет, в основном, кольцевую форму. Впускной канал проходит вне нагревательной секции внутри кольца, в котором он доходит до находящегося там патрубка приемного канала. Между выпускным патрубком, установленным на наружной стороне кольца вблизи прерывания, и выпускным устройством проходит вдоль наружной стороны кольца, по меньшей мере, один выпускной канал. При таком решении пути потоков холодной и теплой воды разделены между собой на такое расстояние, что никакого нежелательного теплообмена не возникает, хотя впуск и выпуск располагаются почти рядом.
От расположенного внутри кольца патрубка, у которого начинается впускной канал, пролегает, начиная от приемного патрубка, проходящий через прерывание приемный канал. Он может представлять собой вставную деталь, устанавливаемую при окончательной сборке нагревательного модуля. Благодаря этому надежно исключается нежелательная теплопередача от горячей к холодной воде.
Целесообразно, чтобы длина прерывания не превосходила приблизительно от одной трети до одной пятой полной длины кольца, занимая предпочтительно одну четверть этой длины. Такой размер прерывания позволяет аккуратно выполнить впускные тракты, чтобы обеспечить направленное и плавное течение в каждом потоке. С другой стороны, прерывание должно быть как можно меньше, чтобы получить как можно больший объем нагревательной секции и, возможно, более длинные трассы потока в кольцевом нагревательном модуле.
Исходя из соображений конструктивного оформления нагревательного модуля и оптимального использования мощности нагрева, желательно, чтобы, по меньшей мере, один трубчатый нагревательный элемент в нагревательной секции тянулся непрерывно от одного начала трассы потока до другого начала трассы потока, не проходя, однако, через прерывание.
В одном целесообразном варианте исполнения трубчатый нагревательный элемент в нагревательной секции образован с двумя изгибами 90° на своих присоединительных концах и с изгибом 180° на участке поворота назад, причем изгибы образованы вблизи начал обеих трасс потоков. Благодаря такому расположению изгибы, критические вследствие высокой плотности энерговыделения, очень хорошо охлаждаются при обтекании входящей холодной водой.
В другом предпочтительном варианте исполнения в нагревательной секции предусмотрены, по меньшей мере, два расположенных один над другим трубчатых нагревательных элемента сходной конфигурации со смещенными присоединительными концами. Водонагреватель может работать, например, на двух ступенях мощности. В каждом трубчатом нагревательном элементе участки, критические вследствие высокой плотности энерговыделения, очень хорошо охлаждаются входящей холодной водой.
Еще в одном варианте исполнения в нагревательной секции предусмотрен только один цельный трубчатый нагревательный элемент, причем этот трубчатый нагревательный элемент образует в плоскости кольца и перпендикулярно к плоскости кольца несколько петель, предпочтительно две петли. Для интенсивного охлаждения критических участков трубчатого нагревательного элемента они должны располагаться вблизи начал трасс потоков.
При смонтированном рабочем положении водонагревателя плоскость кольца нагревательной секции должна располагаться преимущественно вертикально с прерыванием, обращенным вниз, и выпускным устройством, расположенным сверху, причем подвод и слив могут находиться внизу. Такое смонтированное положение способствует течению вдоль обоих потоков, так как нагревающаяся вода в соответствии с законами физики стремится вверх и поступает наверху к выпускному устройству. У выпускного устройства температура воды всегда максимальна.
Так как максимальная температура воды имеет место наверху, у выпускного устройства, то может оказаться целесообразным расположить там, в нагревательной секции, биметаллический выключатель, который выключает питание при перегреве или неисправности или же выдает параметр для регулирования мощности нагрева.
Сечение нагревательной секции должно в несколько раз превышать сечение каждого впускного канала и выпускного устройства или выпускного отверстия, чтобы образовался промежуточный резервуар воды достаточно большого объема. Это позволяет иметь при кратковременных перерывах протекания вполне достаточное количество расходной горячей воды, вследствие чего водонагреватель может снова немедленно выдавать горячую воду без заметного пускового периода.
В одном предпочтительном варианте исполнения нагревательный модуль имеет, в основном, круговую форму. Он состоит из двух соединенных между собой пластмассовых фасонных деталей, выполненных методом литья под давлением, которые при крупносерийном производстве можно изготовлять со всеми деталями при сравнительно небольших издержках. При круговой форме нагревательного модуля напрашивается решение, при котором оба потока направляются по дуге от входной зоны сначала наружу, а затем к выпускному отверстию снова внутрь. Однако в альтернативном варианте можно было бы выбрать для обоих потоков и другую, не дуговую, форму. В этом альтернативном варианте потоки могли бы иметь форму многоугольника или располагаться вблизи центра круга.
Краткий перечень чертежей
Варианты исполнения предмета изобретения поясняются с помощью чертежей.
На них показаны:
на фиг.1 - вид сверху в перспективной проекции (со снятым кожухом) в первом варианте исполнения и без нагревательных элементов, и
на фиг.2 - вид снизу изображенной на фиг.1 фасонной детали водонагревателя в другом варианте исполнения.
Осуществление изобретения
Изображенный на фиг.1 водонагреватель представляет собой, например, так называемый Shower Heater (водонагреватель для душа), который в показанном на фиг.1 монтажном и рабочем положении служит для обеспечения теплой водой, по меньшей мере, одного душа. Описываемый ниже принцип конструкции водонагревателя, в общем, применим и для других проточных нагревателей и тому подобных бытовых приборов.
Главной частью водонагревателя W на фиг.1 является нагревательный модуль М круглой формы, состоящий, например, из двух соединенных между собой, например сваренных, пластмассовых фасонных деталей 1, 2, выполненных способом литья под давлением. В рабочем положении водонагреватель закрыт не показанным на фиг.1 кожухом, выполненным, например, в виде полусферы и закрепленным на нагревательном модуле Н, так что край отверстия кожуха тесно прилегает к большей части периметра нагревательного модуля Н.
В нагревательный модуль М через подвод Z поступает холодная вода. Горячая вода вытекает из слива А. Подвод Z и слив А в изображенном варианте исполнения расположены внизу и пространственно разделены между собой. Фасонные детали 1, 2 ограничивают внутри нагревательную секцию Н, которая в изображенном варианте исполнения расположена во впускной зоне Е в форме кольца, доходящего до прерывания U. В фасонной детали 1 может быть образована, например, обойма 3, в которую можно вставить биметаллический выключатель В. Обойма 3 находится в той части нагревательной секции, в которой нагретая вода имеет максимальную температуру. Фасонные детали 1, 2 ограничивают совместно мембранный датчик D, предназначенный для зависящего от проточного расхода воды включения предпочтительно выбираемой мощности нагрева и взаимодействующий с не показанным здесь, расположенным внутри соплом Вентури для создания за счет возникающего при протекании дифференциального давления требуемого усилия переключения.
От подвода Z на наружной стороне кольца проходит подводящий канал 5 к образованному на фасонной детали 1 патрубку 4. Подводящий канал может быть, например, вставной деталью, проходящей над определяющей прерывание U стенкой фасонной детали 1. По наружной стороне нагревательной секции Н к патрубку 6 слива А проходит выпускной канал 7, имеющий в данном случае также форму дуги. В крышке нагревательной секции Н сформованы вблизи от прерывания U проходные отверстия 8а, 8b (соответственно попарно) для присоединения не показанных на фиг.1 трубчатых нагревательных элементов K1, K2. Если водонагреватель W работает только с одним трубчатым нагревательным элементом K1, то требуется только одна пара проходных отверстий 8а или 8b.
Направление потоков в нагревательном модуле М и расположение трубчатого нагревательного элемента или трубчатых нагревательных элементов поясняется ниже с помощью фиг.1 и 2.
На фиг.2 показан вид снизу фасонной детали 1 по фиг.1, но в другом варианте исполнения, с одним только трубчатым нагревательным элементом K1, выполненным в виде петлеобразного, а именно состоящего из двух петель элемента. Нагревательная секция Н представляет собой следующее вдоль кольцевого контура углубление 9 U-образного сечения, открытое к плоскости чертежа, и при полностью собранном нагревательном модуле М закрытое гладкой, в основном, крышкой другой фасонной детали 2. Углубление 9 с обеих сторон контура ограничено уплотнительными или сварными кромками 10. От патрубка 4 во впускную зону Е прерывания U кольцевой формы проходит впускной канал 11.
Во впускном канале 11 может быть, например, помещено уже упомянутое сопло Вентури, а именно либо как отдельно изготавливаемая и вставная деталь, либо в виде непосредственно сформованного во впускном канале элемента. Впускной канал 11 разветвляется в прерывании U на два раздельных впускных тракта 12. Каждый впускной тракт 12 входит в начальной точке 13 или 14 трассы потока в нагревательную секцию, т.е. в углубление 9. Диаметрально напротив точки разветвления впускного канала 11 на два впускных тракта 12 в нагревательной секции находится выпускное устройство 15, например, с раздельными отверстиями или, как показано на чертеже, с одним выпускным отверстием. При этом от начальных точек 13, 14 трасс потока две раздельных трассы потока R1, R2 сходятся к общему выпускному устройству 15. К выпускному отверстию 16 подключен выпускной канал 7, ведущий к патрубку 6 и сливу А. Там, где это целесообразно, могут быть предусмотрены два отводных канала 7, проходящих по дуге вдоль наружной стороны нагревательной секции Н.
Изображенный на фиг.2 трубчатый нагревательный элемент K1 имеет два практически перпендикулярных к плоскости чертежа присоединительных конца 17, выведенных наружу, например, через проходные отверстия 8а и 8b в фасонной детали 1 или, как можно понять из фиг.2, через другую фасонную деталь 2. Между каждым присоединительным концом 17 и проходящей в нагревательной секции Н петлей 18 трубчатого нагревательного элемента K1 образован под углом 90° изгиб 19. Петля 18 трубчатого нагревательного элемента K1 проходит внутри нагревательной секции Н к другой начальной точке 14 трассы потока, где она делает поворот 20 на 180° наружу и в виде петли 21 идет до поворота 22 на 180° вниз. Оттуда следующая петля 23 проходит под петлей 21 снова к другой начальной точке 14 трассы потока, где она так же как в изгибе 20 на 180° изгибается под ней внутрь и идет назад к другому присоединительному концу. Критические вследствие высокой плотности энерговыделения изгибы 19, 22, 20 находятся вблизи от начальных точек 13, 14 первой и второй трасс потока, так что при протекании они постоянно охлаждаются непрерывно втекающей холодной водой.
Прерывание U занимает в кольце дугу X, охватывающую приблизительно от одной трети до одной пятой, предпочтительно около одной четверти всей длины кольца.
Вследствие большого расстояния между начальными точками 13, 14 трасс потока и выпускным устройством 15 холодная вода не может смешиваться с теплой.
Максимальная температура воды всегда имеет место вблизи выпускного устройства 15. Критические вследствие высокой плотности тепловыделения участки трубчатого нагревательного элемента интенсивно охлаждаются втекающей холодной водой.
В варианте исполнения по фиг.1 могут быть встроены два трубчатых нагревательных элемента K1, K2, которые в этом случае целесообразно расположены в нагревательной секции Н один над другим и при этом отстоят друг от друга и от внутренних стенок нагревательной секции.
1. Водонагреватель, в частности водонагреватель для душа с нагревательным модулем, который в нагревательной секции своего, по меньшей мере, в основном, кольцеобразного внутреннего пространства, примыкающего к подводу и сливу, содержит, по меньшей мере, один трубчатый нагревательный элемент (K1, K2), отличающийся тем, что нагревательная секция имеет по ходу кольца прерывание, определяющее два раздельных начала (13, 14) трасс потока, что в прерывании предусмотрена впускная зона к началам (13, 14) трасс потока и, что выпускное устройство (15) нагревательной секции, соединенное со сливом нагревательного модуля, удалено от впускной зоны и расположено так, что обе трассы (R1, R2) потока имеют приблизительно одинаковую длину от впускной зоны до выпускного устройства (15).
2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что во впускной зоне, внутри прерывания, предусмотрены два разветвляющихся из впускного канала (11) раздельных впускных тракта (12) к началам (13, 14) трасс потока в нагревательной секции.
3. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что выпускное устройство (15) представляет собой общее для обеих трасс (R1, R2) потока выпускное отверстие (16) в нагревательной секции.
4. Водонагреватель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что нагревательная секция до прерывания имеет форму кольца, что впускной канал (11) проходит внутрь кольца до расположенного там, сформированного в нагревательном модуле патрубка (4) подвода и, что между расположенным на наружной стороне кольца вблизи прерывания патрубком (6) слива и выпускным устройством (15) пролегает, по меньшей мере, один проходящий вдоль наружной стороны кольца выпускной канал (7).
5. Водонагреватель по п.4, отличающийся тем, что подвод расположен на наружной стороне кольца и, что от подвода до патрубка (4) пролегает проходящий над прерыванием подводящий канал (5), предпочтительно в виде вставной детали.
6. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что прерывание внутри кольца занимает приблизительно от одной трети до одной пятой, а предпочтительно около одной четверти полной длины кольца.
7. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что трубчатый нагревательный элемент (K1, K2) в нагревательной секции проходит насквозь от одного начала (13) трассы потока до другого начала (14) трассы потока.
8. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что трубчатый нагревательный элемент (K1, K2) в нагревательной секции имеет два изгиба (19) под углом около 90° к присоединительным концам (17) и в точках поворота трубчатого нагревательного элемента имеет изгиб (22, 20) под углом 180° и, что изгибы (19, 20, 22) расположены вблизи начал (13, 14) трасс потока.
9. Водонагреватель по п.7 или 8, отличающийся тем, что в нагревательной секции расположены, по меньшей мере, два проходящих один над другим трубчатых нагревательных элемента (K1, K2) сходной конфигурации с разнесенными присоединительными концами (17).
10. Водонагреватель по п.7, отличающийся тем, что цельный трубчатый нагревательный элемент (К1) в нагревательной секции в плоскости кольца и перпендикулярно к плоскости кольца выполнен в виде нескольких, предпочтительно двух, петель и, что образованные между петлями (18, 23) изгибы (22, 20) под углом 180° расположены вблизи начал (13, 14) трасс потоков.
11. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что плоскость кольца нагревательной секции при установленном в рабочем и смонтированном положении водонагревателе с обращенным книзу прерыванием и расположенным сверху выпускным устройством (15) расположена практически вертикально, причем подвод и слив расположены внизу.
12. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что в нагревательной секции вблизи выпускного устройства (15) установлен биметаллический выключатель.
13. Водонагреватель по п.2, отличающийся тем, что поперечное сечение нагревательной секции многократно превышает поперечное сечение каждого впускного тракта (12) и выпускного устройства (15) или выпускного отверстия (16), так что нагревательная секция образует промежуточный резервуар воды.
14. Водонагреватель п.2, отличающийся тем, что нагревательный модуль имеет по существу круглую форму и состоит из двух соединенных между собой пластмассовых фасонных деталей (1, 2), изготовленных методом литья под давлением, что в одной фасонной детали (1) сформованы нагревательная секция в виде углубления с приблизительно U-образным сечением и участок прерывания с зонами впускных трактов (12) и выпускного канала (7) и, что в другой фасонной детали (2) сформованы по существу гладкая крышка для нагревательной секции и другой участок прерывания с зонами впускных трактов (12) и выпускного канала (7).
