теплоаккумуляционный электронагреватель жидкости

Формула изобретения

Теплоаккумуляционный электронагреватель жидкости, содержащий емкость для жидкости с выходным патрубком и нагревательный элемент, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, часть которой является частью днища емкости, отличающийся тем, что он снабжен теплообменником, расположенным в емкости, с входным и выходным патрубками и, по крайней мере, одним промывным патрубком, при этом другая часть вторичной обмотки расположена под днищем и охватывает первичную обмотку трансформатора, магнитопровод которого выполнен разборным, а внешняя поверхность емкости имеет теплоизоляционное покрытие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах нагрева жидкости, горячего водоснабжения и отопления.

Известно, что в современных бытовых электроприборах прочное место занимают аккумуляционные электроприборы (АЭП), в том числе встроенного типа (Moderne Elektroheizungen und umwelttreundlich // DE Elektromeister + dtsch Elektrohandwerk, 1992, 1). В частности, компания Siemens выпускает аккумуляционные АЭП шириной 45 см для установки на кухнях в двух исполнениях с трубчатыми электронагревателями мощностью 1.52 и 1.9 кВт. Фирма AEG изготавливает кухонные АЭП высотой 82 см и шириной 45 см, которые встраиваются в набор кухонной мебели. Сверхплоские АЭП фирмы Stiebel Eitkom имеют глубину 18 см.

Известны также следующие теплоаккумуляционные электронагреватели.

Теплоаккумуляционный электроводонагреватель //Electric water warming system, патент США 5067170, МКИ F 24 Н 1/18, НКИ 392/461, опубл. 19.11.91//, содержащий двухбаковую систему электронагрева и прибор управления нагревом: во втором баке установлены ТЭНы для нагрева воды.

Теплоаккумуляционный электроводонагреватель //Warmwassarspeicher mit einer vorrichtung zum ausgleich temperaturbedingter volumsanderungen des gespeicherten wassers, патент Австрии 390669, F 24 H 1/18, F 24 D 3/10, опубл. 11.06.90//. Бак аккумуляционного водонагревательного электроприбора сообщается через мембрану с небольшим расширителем для выравнивания объема воды, в котором происходит обмен воды. Поскольку вода не застаивается, в ней не образуются бактерии. Нагрев воды осуществляется резистивным погружным электронагревателем. Холодная вода поступает в бак сверху, а горячая выходит через вторую трубку.

Теплоаккумуляционный электронагреватель (тепловой аккумулятор) //Electrical storageheater. Заявка Великобритании 2283809, МКИ F 24 Н 7/02, F 24 Н 9/20, опубл. 17.05.95//.

Нагревательные элементы аккумулятора подключаются к сети только в периоды суток, когда действуют льготные тарифы на электроэнергию. Кроме того, нагревательные элементы подключены к сети до достижения заданной температуры в комнате и до полной зарядки аккумулятора, в результате чего исключается возможность повреждения аккумулятора от перегрева.

Теплоаккумуляционный электронагреватель, содержащий нагревательный элемент и тепловой аккумулятор //Appareil de chanttage electrique du type kadiater de denx sources de chaleur combinees. Заявка Франции 2710733, МКИ F 24 Н 7/04, F 24 C 7/08, опубл. 07.04.95//. Прибор для электрообогрева содержит в нижней части оребренный пластинчатый электронагревательный элемент, над которым размещены блоки тепловых аккумуляторов. Система управления прибором обеспечивает подключения к сети блоков аккмуляторов в периоды суток, когда действует льготный тариф на электроэнергию.

Теплоаккумуляционный электронагреватель //Electrical storage heating unit with easily replaced heating. Патент США 5042081, МКИ Н 05 В 1/02, F 24 Н 7/02, НКИ 392/344, опубл. 20.08.91//. Отличительной особенностью является конструктивная возможность быстрой и простой замены электронагревателей с минимальным нарушением других элементов конструкции прибора. Прибор содержит теплоизолирующую оболочку с одним горизонтальным каналом в нижней части и аккумулирующую теплокамеру.

Практически все перечисленные аналоги независимо от страны патентообладателя имеют несколько общих недостатков:

- недостаточная электробезопасность, обусловленная непосредственным подключением электронагревателей - ТЭНов к сети (например, 220 В), и потенциальная возможность электропоражения человека;

- недостаточная пожаробезопасность, связанная с возникновением в ТЭНах высокой рабочей температуры резистора до 750-850^oС;

- полное или частичное нарушение целостности системы нагрева при ремонте и замене электронагревателей.

Известен также теплоаккумуляционный электронагреватель трансформаторного типа (Россия, полезная модель RU 115 5 Н 05 В 6/10, опубл. 25.10.94, Бюл. 10), принятый за прототип, который содержит емкость для воды со сливным приспособлением (выходной патрубок), днище и нагревательный элемент, встроенный в днище, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, которая представляет собой часть днища, замкнутую электропроводящими трубками, охватывающими магнитопровод трансформатора.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- отсутствие системы термической защиты емкости электронагревателя, в результате чего происходит быстрое остывание нагретой воды в периоды отключения электроэнергии и довольно медленное нагревание;

- повышенное отложение солей на внутренних поверхностях трубчатых полувитков в связи с высокой удельной плотностью теплового потока, вследствие чего снижается работоспособность и долговечность устройства;

- отсутствие системы очистки водонаполненной емкости от отложений и накипеобразования, что делает устройство неудобным в обслуживании в связи с невозможностью проведения профилактических работ по очистке и ремонтных работ без нарушения целостности системы нагрева;

- невозможность одновременного использования для подогрева другой жидкости, кроме жидкости в основной емкости, что бывает необходимо в ряде технологических процессов, или, например, теплоносителя системы отопления, что сужает функциональные возможности устройства.

Задачей изобретения является создание теплоаккумуляционного электронагревателя жидкости, имеющего увеличенную скорость нагрева жидкости, улучшенные условия обслуживания, повышенную долговечность и более широкие функциональные возможности.

Это достигается тем, что теплоаккумуляционный электронагреватель жидкости, содержащий емкость для жидкости с выходным патрубком и нагревательный элемент, выполненный в виде вторичной обмотки трансформатора, часть которой является частью днища емкости, снабжен теплообменником, расположенным в емкости, с входным и выходным патрубками и, по крайней мере, одним промывным патрубком, при этом другая часть вторичной обмотки расположена под днищем и охватывает первичную обмотку трансформатора, магнитопровод которого выполнен разборным, а внешняя поверхность емкости имеет теплоизоляционное покрытие.

На чертеже представлен вертикальный разрез предлагаемого теплоаккумуляционного электронагревателя. Он состоит из теплоаккумуляционной емкости 1, теплоизоляционного покрытия 2, вторичной обмотки в виде части электропроводящего днища 3 и электропроводящих полувитков 4, соединенных с днищем периферийными 5 и центральным 6 отверстиями, магнитопровода 7, первичной обмотки 8, теплообменника 9 для нагрева другой жидкости с входным патрубком 10 и выходным патрубком 11. В днище 3 имеется отверстие для входного патрубка 12 питающей воды. В полувитках 4 установлены друг против друга промывные патрубки 13 с заглушками 14. Промывные патрубки 13 могут быть использованы в качестве сливных. Для разбора нагретой воды используется патрубок 15. В крышке емкости имеется отверстие 16 для выпуска воздуха из емкости 1.

Предлагаемый теплоаккумуляционный электронагреватель функционирует следующим образом.

После заполнения водой емкости 1 подключается к сети первичная обмотка 8, возбуждающая в сердечнике магнитопровода 7 переменный во времени магнитный поток, который вызывает появление во вторичной обмотке (часть днища 3 - полувитки 4) электродвижущей силы не более 2 В и токов значительной величины, порядка нескольких килоампер. Тепловыделение под действием этих токов обеспечивает конвективный нагрев жидкости в полом вторичном контуре. При этом образуется направленное движение жидкости в полом вторичном контуре от периферийных входных отверстий 5 в днище через полувитки 4 к центральному выходному отверстию 6. Это способствует интенсивному нагреву жидкости в центральной части емкости, что снижает потери тепла и время нагрева в процессе разогрева.

При достижении требуемой температуры жидкости в емкости происходит отключение электроэнергии. Благодаря теплоизоляционному покрытию 2 температура воды при остывании сохраняется на определенном уровне длительное время, что требует минимальных затрат электроэнергии на поддержание воды в нагретом состоянии.

Благодаря омагничиванию жидкости в процессе нагрева адгезия отложений к поверхностям незначительна и отложения легко удаляются из полости емкости и вторичного контура. Для очистки днища 3 и полувитков 4 от возможных отложений открываются промывные патрубки 13 и подается питающая вода в патрубок 12. Для интенсификации промыва возможно подключение питающей воды к одному из промывных патрубков, в то время как второй используется в качестве сливного. При этом входной патрубок 12 перекрывается для доступа питающей воды.

Технический эффект предлагаемого теплоаккумуляционного электронагревателя состоит в следующем.

По сравнению с прототипом в предлагаемом теплоаккумуляционном электронагревателе обеспечивается:

- увеличение долговечности за счет снижения удельной теплоотдачи и интенсивности отложения солей в связи с развитой поверхностью теплообмена вторичного контура и снижением перепада температуры между теплоотдающей поверхностью и жидкостью;

- увеличение скорости нагрева жидкости в связи уменьшением потерь тепла при разогреве благодаря наличию теплоизоляционного покрытия на внешней поверхности емкости;

- улучшение условий обслуживания за счет возможности очистки емкости и теплообменника от осадка солей путем промывки системы нагрева с помощью, по крайней мере, одного промывного патрубка, а также возможность ремонта без нарушения системы нагрева из-за выполнения магнитопровода разборным и возможностью беспрепятственного снятия первичной обмотки;

- расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности одновременного нагрева воды и любой другой жидкости.