RU2191327C1

RU2191327C1 - Electric water heater

Info

Publication number: RU2191327C1
Application number: RU2001112074A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Брижинев; Р.А. Магомедов
Original assignee: Брижинев Евгений Пантелеймонович; Магомедов Рабадан Абдуллаевич
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: home-appliance water heating devices. SUBSTANCE: electric water heater includes heating member arranged in well mounted vertically in housing of heater body. Said well includes outlet opening and at least one inlet opening. Cross section area of outlet opening is less than that of inlet opening. It allows to decrease electric energy consumption and time period for heating water due to heating only predetermined volume of water but not its whole mass in heater. EFFECT: lowered electric energy consumption, shortened time period for heating desired water volume. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электробытовым нагревательным приборам и может быть использовано для нагрева воды в бытовых условиях, например в ванной, на кухне. The invention relates to electrical household heating appliances and can be used to heat water in a domestic environment, for example, in a bathroom, in a kitchen.

Известен электроводонагреватель [1], содержащий теплоизолированный корпус, входной и выходной патрубки, расположенные соосно с корпусом, и обечайку, снабженную электронагревателем, при этом обечайка с электронагревателем выполнена в виде струйного насоса. Known electric heater [1], containing a thermally insulated body, inlet and outlet nozzles located coaxially with the body, and a shell equipped with an electric heater, while the shell with an electric heater is made in the form of a jet pump.

Указанный электроводонагреватель имеет следующие недостатки:
- расширяющийся выход из обечайки не дает воде задерживаться в обечайке, и она не успевает нагреваться. Для получения горячей воды необходимо использовать электронагревательный элемент большой мощности, т.к. при небольших мощностях электронагревательного элемента невозможно получить горячую воду;
- при расходе горячей воды система работает как струйный насос, при этом даже если вода будет предварительно нагрета, на выходе из обечайки температура воды сразу понизится за счет поступающей холодной воды.The specified electric heater has the following disadvantages:
- the expanding exit from the shell does not allow water to linger in the shell, and it does not have time to heat up. To obtain hot water, it is necessary to use an electric heating element of high power, because with small capacities of the electric heating element it is impossible to get hot water;
- at a flow rate of hot water, the system works like a jet pump, and even if the water is preheated, at the outlet of the shell, the water temperature will immediately drop due to the incoming cold water.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом является электроводонагреватель [2], содержащий снабженный патрубками подвода и отвода воды теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, размещенный в установленном вертикально в корпусе колодце (обечайки), и схему контроля. Closest to the proposed invention, an analogue is an electric heater [2], comprising a thermally insulated body equipped with water inlet and outlet pipes, an electric heating element located in a well (shell) installed vertically in the body, and a control circuit.

Указанный электроводонагреватель имеет следующие недостатки. Входное и выходное отверстия обечайки имеют одинаковое сечение, нагревательный элемент расположен в нижней части обечайки. Холодная вода, поступающая в обечайку, быстро проходит через нее в верхнюю часть корпуса, не успевая нагреваться до нужной температуры, и поступает в верхнюю часть корпуса, а затем через перфорированную перегородку проходит в нижнюю часть корпуса и снова в обечайку. Для того чтобы нагреть воду до рабочей температуры (не менее 60^oС) необходимо несколько циклов, а это требует больших затрат электроэнергии и времени.The specified electric heater has the following disadvantages. The inlet and outlet openings of the shell have the same cross section, the heating element is located in the lower part of the shell. Cold water entering the casing quickly passes through it to the upper part of the casing, not having time to heat up to the desired temperature, and enters the upper part of the casing, and then passes through the perforated partition to the lower part of the casing and again to the casing. In order to heat water to a working temperature (at least 60 ^o C), several cycles are necessary, and this requires a lot of energy and time.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является:
- снижение затрат электроэнергии и времени за счет нагрева только определенного слоя воды, заданного потребителем, а не всего объема воды водонагревателя;
- получение нагретой до рабочей температуры воды, сразу с первого литра.The technical problem, the solution of which the invention is directed, is:
- reducing energy costs and time by heating only a certain layer of water specified by the consumer, and not the entire volume of water of the water heater;
- getting heated to a working temperature of water, immediately from the first liter.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. В электроводонагревателе, содержащем снабженный патрубками подвода и отвода воды теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, закрепленный на съемном основании корпуса, схему контроля, электронагревательный элемент размещен в установленном вертикально в корпусе теплоизолированном колодце, имеющем выходное и по меньшей мере одно входное отверстие, при этом размеры выходного отверстия колодца в два раза и более меньше размеров входного отверстия. Если выполнено несколько входных отверстий, то, естественно, суммы размеров всех входных отверстий. Схема контроля включает термодатчик, который выполнен с возможностью теплового контакта с корпусом, термовыключатель и переключатель уровня нагрева воды, например, галетный переключатель. The technical task is solved as follows. In an electric heater containing a heat-insulated casing provided with water supply and outlet pipes, an electric heating element mounted on a removable base of the casing, a control circuit, an electric heating element is placed in a heat-insulated well mounted vertically in the casing, having an outlet and at least one inlet, with the dimensions of the outlet the hole of the well is two times or more smaller than the size of the inlet. If several inlets are made, then, of course, the sum of the sizes of all inlets. The control circuit includes a temperature sensor, which is made with the possibility of thermal contact with the housing, a thermal switch and a switch for heating the water level, for example, a wrench switch.

В предлагаемом электроводонагревателе нагревается только определенный слой воды, заданный потребителем, а не весь объем. Вода нагревается в колодце до рабочей температуры (60^oС), начиная с первого литра, и поступает в верхнюю часть водонагревателя, где скапливается. За счет того, что объем колодца по сравнению с объемом водонагревателя мал, а размеры выходного отверстия колодца меньше размеров входных отверстий, воду для использования, нагретую до рабочей температуры (60^oС), можно получить уже через 15-20 минут. При этом экономятся электроэнергия и время, т.к. при небольших расходах горячей воды для бытовых нужд не приходится прогревать весь объем воды. Схема контроля, состоящая из термодатчика, термовыключателя и переключателя уровней, позволяет задать объем нагреваемой воды. Выполнение колодца теплоизолированным позволяет уменьшить потери тепла при контакте с холодной водой водонагревателя.In the proposed electric heater, only a certain layer of water specified by the consumer is heated, and not the entire volume. Water is heated in the well to a working temperature (60 ^o C), starting from the first liter, and enters the upper part of the water heater, where it accumulates. Due to the fact that the volume of the well compared with the volume of the water heater is small, and the size of the outlet of the well is smaller than the size of the inlets, water for use, heated to a working temperature (60 ^o C), can be obtained after 15-20 minutes. At the same time, energy and time are saved, because at low consumption of hot water for domestic purposes it is not necessary to warm up the entire volume of water. The control circuit, consisting of a temperature sensor, a thermal switch and a level switch, allows you to set the volume of heated water. The implementation of the well insulated allows you to reduce heat loss in contact with cold water heater.

На фиг.1 изображен продольный разрез электроводонагревателя, на фиг.2 - схема контроля уровня нагрева воды. Figure 1 shows a longitudinal section of an electric heater, figure 2 is a control circuit of the level of heating of water.

Электроводонагреватель содержит теплоизолированный корпус 1, патрубок подвода холодной воды 2, патрубок отвода нагретой воды 3, электронагревательный элемент 4, например ТЭН, закрепленный на основании корпуса 1 и подключенный к сети питания. Электронагревательный элемент 4 помещен в колодец 5, который установлен вертикально в корпусе либо на основании корпуса, либо на основании электронагревательного элемента. Колодец 5 может быть выполнен в виде цилиндра или удлиненного конуса, причем площадь сечения его нижней части, т.е. части, в которой размещен электроводонагреватель, больше площади сечения его верхней части. Размеры нижней части колодца определяются размерами электронагревательного элемента. Для уменьшения потери тепла при контакте с холодной водой водонагревателя стенки колодца теплоизолированы. В нижней части колодца 5 выполнены входные отверстия 6, 7, которые разнесены по высоте, в верхней части колодца имеется выходное отверстие 8 для выхода нагретой воды, размеры которого определяют величину температуры нагретой в колодце воды. Для контроля уровня нагретой воды имеется схема контроля, включающая термодатчики 9, установленные на корпусе с возможностью теплового контакта с внутренней стенкой корпуса, термовыключатели 10, переключатель уровня нагрева воды 11, например галетный переключатель. При этом термодатчики 9 установлены на корпусе на разной высоте соответственно уровням воды: 20, 50, 80 литров. Можно использовать промышленные термодатчики типа ДРТ-Б-60. Электроводонагреватель может быть заключен в декоративный кожух. The electric heater includes a thermally insulated housing 1, a cold water supply pipe 2, a heated water pipe 3, an electric heating element 4, for example a heater, mounted on the base of the housing 1 and connected to a power supply network. The electric heating element 4 is placed in the well 5, which is mounted vertically in the housing either on the base of the housing or on the basis of the electric heating element. The well 5 can be made in the form of a cylinder or an elongated cone, and the cross-sectional area of its lower part, i.e. the part in which the electric heater is placed is larger than the cross-sectional area of its upper part. The dimensions of the lower part of the well are determined by the dimensions of the electric heating element. To reduce heat loss in contact with cold water of a water heater, the walls of the well are insulated. In the lower part of the well 5, inlet openings 6, 7 are made, which are spaced in height, in the upper part of the well there is an outlet 8 for the outlet of heated water, the dimensions of which determine the temperature value of the water heated in the well. To control the level of heated water, there is a control circuit that includes temperature sensors 9 mounted on the housing with the possibility of thermal contact with the inner wall of the housing, thermal switches 10, a water heating level switch 11, for example a screw switch. In this case, the temperature sensors 9 are installed on the housing at different heights according to water levels: 20, 50, 80 liters. You can use industrial temperature sensors such as DRT-B-60. The electric heater can be enclosed in a decorative casing.

Электроводонагреватель работает следующим образом. Когда корпус 1 заполнен водой, колодец 5 также заполнен водой, поступающей через отверстия 6, 7. Галетный переключатель 11 устанавливают в соответствующее положение, например соответствующее уровню воды 20 литров, и подключают питание сети. Ввиду малого объема колодца вода в нем после включения ТЭНа начинает быстро нагреваться. По законам термодинамики горячая вода легче и стремится вверх по колодцу к выходному отверстию 8, которое имеет меньший размер, чем входные отверстия 6, 7. Причем, чем меньше размер выходного отверстия, тем выше температура воды, выходящей из колодца, и наоборот. Экспериментальным путем получено, что площадь сечения выходного отверстия должна быть меньше площади сечения входного отверстия (или суммы отверстий, если их несколько) в два раза и более. Размер выходного отверстия 8 зависит и от мощности используемого ТЭНа. При использовании более мощного ТЭНа размер выходного отверстия для сохранения заданной рабочей температуры воды увеличивается прямо пропорционально мощности ТЭНа. Холодная вода поступает в колодец через отверстия 6, 7 на место ушедшей горячей воды. В верхней части корпуса скапливается вода с заданной рабочей температурой. В процессе нагрева слой горячей воды в корпусе с рабочей температурой опускается вниз и достигает заданного галетным переключателем 11 уровня. Термодатчик 9, настроенный на рабочую температуру, например на 60^oС, срабатывает и отключает ТЭН. Горячая вода всегда находится вверху и не перемешивается с холодной, переходный слой составляет 3-4 см. Отвод горячей воды производится через патрубок 3 из верхней части корпуса. При установке галетного переключателя в крайнее положение, соответствующее полному объему воды в корпусе, горячий слой воды по мере нагрева опускается вниз до полного прогрева воды. При отборе горячей воды для бытовых нужд холодная вода, а она включена постоянно, поступает в корпус через патрубок 2, вода на уровне подключенного термодатчика охлаждается, он срабатывает и вновь подключает ТЭН, далее процесс повторяется.Electric heater operates as follows. When the housing 1 is filled with water, the well 5 is also filled with water flowing through the openings 6, 7. The dial switch 11 is set to an appropriate position, for example corresponding to a water level of 20 liters, and the mains power is connected. Due to the small volume of the well, the water in it after heating up starts to quickly heat up. According to the laws of thermodynamics, hot water is lighter and tends up the well to the outlet 8, which is smaller than the inlets 6, 7. Moreover, the smaller the size of the outlet, the higher the temperature of the water leaving the well, and vice versa. It was experimentally obtained that the cross-sectional area of the outlet must be less than the cross-sectional area of the inlet (or the sum of the openings, if there are several), twice or more. The size of the outlet 8 depends on the power of the used heater. When using a more powerful heater, the size of the outlet to maintain a given operating temperature of the water increases in direct proportion to the power of the heater. Cold water enters the well through openings 6, 7 in place of the hot water that has left. In the upper part of the body, water accumulates with a given operating temperature. During heating, the hot water layer in the housing with the operating temperature goes down and reaches the level set by the switch 11. The temperature sensor 9, tuned to a working temperature, for example 60 ^o C, is activated and turns off the heater. Hot water is always at the top and does not mix with cold, the transition layer is 3-4 cm. Hot water is discharged through pipe 3 from the upper part of the housing. When the biscuit switch is installed in the extreme position corresponding to the full volume of water in the housing, the hot layer of water drops down as it heats up until the water is completely heated. When hot water is selected for domestic needs, cold water is turned on constantly, enters the housing through pipe 2, the water is cooled at the level of the connected temperature sensor, it is triggered and reconnects the heater, then the process is repeated.

При длительном использовании электроводонагревателя с нарушением правил эксплуатации выходное отверстие 8 может забиваться накипью. В этом случае предлагаемый электроводонагреватель работает, как обычный водонагреватель. Холодная вода через отверстие 6 поступает в колодец, а нагретая вода через отверстие 7 из колодца поступает в корпус, постепенно вода в корпусе прогревается. Отверстие 6 выполнено на таком уровне, чтобы его не перекрывал слой накипи, откладывающийся на основании корпуса, вполне достаточно 5-6 см, а отверстие 7 выполнено не выше уровня 1/3 высоты ТЭНа. With prolonged use of the electric heater in violation of the operating rules, the outlet 8 may become clogged. In this case, the proposed electric heater works like a conventional water heater. Cold water through the hole 6 enters the well, and heated water through the hole 7 from the well enters the casing, gradually the water in the casing warms up. Hole 6 is made at such a level that it is not blocked by a scale layer deposited on the base of the body, 5-6 cm is enough, and hole 7 is made not higher than 1/3 of the height of the heater.

Работа предлагаемого изобретения подтверждена на опытном образце. При нагреве воды в баке емкостью 80 литров, при мощности ТЭНа 1,5 кВт, диаметром выходного отверстия 5 мм, входных 10-15 мм и начальной температурой воды 12^oС через 5 минут после включения ТЭНа вода на выходе электроводонагревателя имела температуру 60^oС.The work of the invention is confirmed on a prototype. When heating water in a tank with a capacity of 80 liters, with a heating element power of 1.5 kW, an outlet diameter of 5 mm, inlet 10-15 mm and an initial water temperature of 12 ^o C 5 minutes after turning on the heating element, the water at the outlet of the electric heater had a temperature of 60 ^o C .

Для выполнения ремонтных и профилактических работ основание корпуса выполнено разъемным. To perform repair and maintenance work, the base of the housing is made detachable.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Описание к патенту РФ 2035668 "Электроводонагреватель", заявка 4946647/06, приоритет от 17.06.91 г., опубл. 20.05.95 г., МПК F 24 Н 1/20.SOURCES OF INFORMATION
1. Description to the patent of the Russian Federation 2035668 "Electric water heater", application 4946647/06, priority from 06/17/91, publ. 05/20/95, IPC F 24 N 1/20.

2. Описание к авт. свид. СССР 1110998 "Водонагреватель", заявка 3614698/24-06, приоритет от 30.06.83 г., МПК F 24 Н 1/20, опубл. 30.06.84 г. , бюл. 32 (прототип). 2. Description to author. testimonial. USSR 1110998 "Water Heater", application 3614698 / 24-06, priority from 06/30/83, IPC F 24 N 1/20, publ. 06/30/84, bull. 32 (prototype).

Claims

1. Электроводонагреватель, содержащий снабженный патрубками подвода и отвода теплоизолированный корпус, электронагревательный элемент, размещенный в установленном вертикально в корпусе колодце, имеющем выходное и по меньшей мере одно входное отверстие, схему контроля, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия. 1. An electric heater comprising a thermally insulated body provided with inlet and outlet pipes, an electric heating element located in a well mounted vertically in the body, having an outlet and at least one inlet, a control circuit, characterized in that the cross-sectional area of the outlet is smaller than the cross-sectional area inlet.

2. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что схема контроля включает термодатчик, термовыключатель и переключатель уровня нагрева воды, например галетный переключатель. 2. The electric heater according to claim 1, characterized in that the control circuit includes a temperature sensor, a thermal switch and a switch for heating the water level, for example a biscuit switch.

3. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходного отверстия колодца меньше площади поперечного сечения его входного отверстия в два раза и более. 3. The electric heater according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the outlet opening of the well is less than two times or more than the cross-sectional area of its inlet.