Водонагреватель
Использование: в устройствах нагрева воды для бытовых и технических нужд. Сущность: полезная модель направлена на расширение функциональных и эксплуатационных возможностей водонагревателя за счет повышения надежности антикоррозийной защиты, биологической очистки воды, которая достигается путем ее обеззараживания ионами серебра, а также упрощение конструкции, и уменьшение габаритов водонагревателя. Указанный технический результат достигается за счет того, что водонагреватель, содержит теплоизолированный герметичный рабочий бак 1, патрубок 3 подвода холодной воды, патрубок 4 выпуска горячей воды и размещенный внутри рабочего бака нагревательный элемент 6. Особенностью водонагревателя является то, что на внутреннюю поверхность рабочего бака 1 нанесено антикоррозийное покрытие 2 включающее серебро или титан. Фиг.
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в устройствах электрического и газового нагрева воды, предназначенных для обеспечения потребителя автономным источником горячей воды во время периодических или аварийных отключений от централизованного снабжения горячей водой, а также в тех случаях, когда горячее водоснабжение отсутствует.
Особенностью настоящего периода времени является неблагополучное состояние окружающей среды, обусловленное ее загрязнением, при этом особую тревогу вызывает экологическое состояние водоемов, а, следовательно, и водопроводной воды. Небезопасным является не только использование водопроводной воды в пищу, но и ее воздействие на кожу человека, которая связана со всеми органами человека. Решением указанной проблемы занимаются специалисты в различных областях науки и техники, в том числе и в электроэнергетике, к которой относятся устройства нагрева воды.
Известны водонагреватели двух типов - проточные и накопительные. Проточные электроводонагреватели (см., например, патент РФ на изобретение №2008570, кл. F24H 1/20, опубл. 1994, а также патент РФ на изобретение №2172900, кл. F24H 1/20, опубл. 2001) предназначены для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Они характеризуются высоким быстродействием при большом энергопотреблении.
Конструкции водонагревателей отличаются большим разнообразием и непрерывно совершенствуются. При конструировании водонагревателей разработчики сталкиваются с решением целого ряда проблем, таких как повышение экономичности, надежности, скорости нагрева воды, защита от коррозии, уменьшения материальных затрат, увеличения срока службы
прибора и др. Наибольшую сложность представляет проблема антикоррозийной защиты баков и очистка воды.
В настоящее время рабочие баки водонагревателей изготавливаются из нержавеющей стали, или стали покрытой эмалью, а также из композиционных материалов и пластмасс. Баки, изготовленные из нержавеющей стали, эффективно противостоят коррозии. Соединительные швы рабочих баков свариваются электронно-лучевой сваркой в вакуумном поле. Такая технология обеспечивает высокую коррозионную устойчивость сварных швов. Кроме того, в рабочие баки водонагревателей устанавливают специальные элементы - магниевые аноды, предназначенные для защиты стальных элементов конструкции водонагревателя от электрохимической коррозии. Однако в результате длительного использования анод сам подвергается коррозии, его работа становится неэффективной, сварные швы корродируют, что в свою очередь, может привести к протечке швов. Необходимо также подчеркнуть, что водонагреватели с баками, изготовленными из нержавеющей стали, характеризуются очень высокой стоимостью.
Имеются также конструкции накопительных водонагревателей с пластиковыми рабочими баками, имеющими существенные преимущества по сравнению со стальными. Пластик обеспечивает высокие, не зависящие от времени гигиенические показатели при контакте с водой. Отсутствие коррозии позволяет исключить специальные антикоррозионные покрытия, применяемые для стальных баков. Кроме того, отпадает необходимость в использовании защитных магниевых анодов.
В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим некоторые разновидности конструкций водонагревателей МПК 8 F24H 1/20.
Известен накопитель горячей воды (см. европейский патент ЕР №1171742, МПК F24H 1/20, опубл. 16.01.02), содержащий резервуар, в нижнюю часть которого подводится холодная вода, а из верхней части отводится нагретая вода. В нижней части резервуара расположен источник тепла, который
охватывается колпаком с расположенным внизу входным отверстием для ввода холодной воды внутрь колпака. Вверху расположено выходное отверстие, к которому присоединяется труба. Выходной конец трубы расположен над или на высоте пограничного слоя, создающегося в резервуаре между верхним объемом горячей воды и нижним объемом холодной воды, и перемещается вместе с ним. При этом холодная вода, нагретая внутри колпака, поднимается по трубе через окружающую холодную воду и поступает в резервуар в области пограничного слоя или несколько выше его.
Известен, например, бойлер, в конструкции которого использованы композиционные материалы (см. патент Германии №60105123Т, МПК F24H 1/18, опубл. 2005.09.01, аналог: ЕР 1254343). Корпус бойлера изготовлен из сложной полимерной композиции и состоит из двух слоев: внутреннего и наружного. Внутренний слой выполнен из термопластичного эластомера и предназначен для непосредственного контакта с водой. Наружный слой корпуса бойлера образован множеством нитей или полосок из синтетического материала, покрытого смолой. Наружный слой спекается, в результате чего образуется сетчатая структура, устойчивая к относительно высоким давлениям. В нижней части рабочего бака установлены: нагревательный элемент, термостат и патрубок подачи холодной воды. Выпуск горячей воды из бака осуществляется патрубком выпуска горячей воды.
Несомненным достоинством известного бойлера с рабочим баком, изготовленным из композиционных материалов, является следующее. Отсутствие коррозии позволяет исключить специальные антикоррозионные покрытия, применяемые для стальных баков. Кроме того, отпадает необходимость в использовании защитных магниевых анодов. Полимерные материалы обеспечивают высокие, не зависящие от времени гигиенические показатели при контакте с водой.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей за счет повышения надежности антикоррозийной защиты, биологической очистки воды, которая достигается путем ее обеззараживания ионами серебра.
Для достижения поставленных задач предлагается водонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит теплоизолированный герметичный рабочий бак, патрубок подвода холодной воды, патрубок выпуска горячей воды и размещенный внутри рабочего бака нагревательный элемент.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип водонагревателя, является то, что на внутреннюю поверхность рабочего бака нанесено антикоррозийное покрытие, включающее серебро или титан.
Технический результат, достигаемый при создании предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности антикоррозийной защиты внутренней поверхности рабочего бака и биологической очистки воды путем ее обеззараживания ионами серебра.
Обеззараживающие свойства воды, которые она приобретает после контакта с металлическим серебром, были известны еще в глубокой древности. В 1893 году швейцарец К.Негели сделал открытие: растворенное в воде серебро убивает бактерии. В дальнейшем его открытие было подтверждено многими учеными. Большое биологическое и физиологическое влияние на живые организмы оказывают микроколичества серебра. Многие вредные патогенные микроорганизмы быстро гибнут под действием самых ничтожных доз серебра. Вот почему среди многих дезинфицирующих и обеззараживающих средств значительное внимание привлекают к себе препараты серебра, в частности электролитическая серебряная вода, представляющая собой обыкновенную природную воду, насыщенную ионами и коллоидными частицами серебра.
Однако, несмотря на несомненные достоинства описанного выше бойлера с рабочим баком из композиционных материалов, следует отметить присущие ему недостатки, а именно: сложность конструкции рабочего бака; технологические сложности, связанные с изготовлением специальных материалов, обеспечивающих высокое механическое сопротивление корпуса рабочего бака; большие материальные затраты, а, следовательно, и высокая стоимость электроводонагревателей, обусловленная описанными выше конструктивными и технологическими особенностями.
Другой попыткой решения указанной проблемы является техническое решение (см. патент РФ на полезную модель №55102, кл. МПК 7 F24H 1/20, опубл. 2006.07.27), которое является наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели. Известный бытовой водонагреватель предназначен для нагрева воды в бытовых условиях, например, в ванной комнате или на кухне. Нагреватель содержит рабочий бак, наружный корпус и теплоизоляцию, расположенную между рабочим баком и наружным корпусом. Электроводонагреватель снабжен также патрубком подвода холодной воды и патрубком выпуска горячей воды. Внутри рабочего бака электроводонагревателя размещен электронагревательный элемент, его рабочий бак выполнен, по меньшей мере, двухслойным. Внутренний слой рабочего бака выполнен из полимерных материалов, а его внешний слой изготовлен из стали. При этом необходимо отметить следующее. Сталь, из которой изготавливается внешний слой рабочего бака, может быть выбрана самая дешевая, так как внешний слой не имеет контакта с водой. Он надежно защищен внутренним слоем, выполненным из полимерных материалов.
Однако, несмотря на несомненные достоинства известного водонагревателя, следует отметить и недостатки, присущие анализируемому техническому решению. Недостатком известного водонагревателя является. Кроме того, в связи с тем, что корпус выполнен стальным, необходимы специальные антикоррозионные покрытия для предохранения стали от коррозии, что также следует отнести к недостаткам известного технического решения.
Установлено, что при непосредственном соприкосновении с поверхностью кожи, воспаление которой вызвано бактериальным заражением, растворы серебра оказывают благотворное воздействие, помогая даже при серьезных патологиях кожи.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемого водонагревателя.
На фиг. изображен общий вид предлагаемого водонагревателя (вертикальный разрез).
Водонагреватель состоит из рабочего бака 1, предназначенного для нагрева и хранения воды, на внутреннюю поверхность нанесено антикоррозийное покрытие 2. При этом, внутренний слой обеспечивает надежную защиту от коррозии и высокие экологические и гигиенические свойства воды, забираемой из ЭВН.
Изготовление рабочего бака из стали обеспечивает необходимую механическую прочность при работе с высоким внутренним давлением воды (до 8 атмосфер).
Варианты технологии производства рабочего бака могут быть различными.
Рабочий бак 1 выполнен из стали, например, сталь 08-ПС ГОСТ 16523-97. На внутреннюю поверхность, имеющую непосредственный контакт с водой, нанесено антикоррозийное покрытие 2, которое является продуктом передовых европейских технологий и выполнено из специальных полимерных материалов, обеспечивающих высокую пластичность покрытия, сочетающуюся с высокой адгезией к внутренней поверхности рабочего бака. Заложенные в полимерную массу, серебро или титан гарантируют антикоррозийную стойкость рабочего бака, а также высокие санитарные и экологические свойства. Антикоррозийное покрытие может быть нанесено на внутреннюю поверхность рабочего бака методом ротационного формования, при котором полимерный материал с содержанием серебра или титана в расплавленном
или растворенном жидком виде вводится внутрь стальной оболочки рабочего бака и путем вращения бака в трех плоскостях под действием центробежных равномерно растекается по стальной оболочке рабочего бака, образуя защитное антикоррозийное покрытие. Варьируя вязкостью жидкого полимера и скоростью ротационного формования можно получать покрытие необходимой толщины.
Антикоррозийное покрытие 2 может быть также выполнено путем нанесения на внутреннюю поверхность рабочего бака методом плазменного напыления или с помощью вакуумного холодного (температура металла в процессе не превышает 40-50°С) нанесения оксидной пленки титана (TiO, TiO2 , ТiO2O3) или серебра на металлические и неметаллические поверхности. Особенностью покрытия является его многослойность (при интегральной толщине слоя до 3 мкм). Биоинертность придает титану оксидная пленка, мгновенно образующаяся при контакте с воздухом или водой. Биоинертность серебренного покрытия обеспечивает гигиенические свойства. Ионы Серебра в малых концентрациях стерилизуют воду. Из оксидов Серебра устойчивыми являются оксид Ag2O и оксид AgO. Оксид образуется на поверхности серебра в виде тонкой пленки в результате адсорбции кислорода, которая увеличивается с повышением температуры и давления. Антикоррозийное покрытие может также наноситься методом катодного реактивного испарения металлов.
К рабочему баку водонагревателя подведен патрубок 3 подвода холодной воды и патрубок 4 выпуска горячей воды. Внутри рабочего бака размещен электронагревательный элемент 5. Рабочий бак водонагревателя окружен наружным корпусом 6, изготовленным из стали и имеющим, в основном, декоративное эстетическое назначение. Объем между наружным корпусом 6 и рабочим баком заполнен теплоизоляцией 7, выполненной из экологически чистого пенополиуретана.
Пенополиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности и является наиболее эффективным теплоизоляционным материалом.
Предлагаемый накопительный водонагреватель работает следующим образом.
Перед включением в электрическую сеть водонагреватель заполняют холодной водой. Холодная вода через входной патрубок 3 поступает в рабочий бак, вытесняя из него воздух через выходной патрубок 4. Как только вода в рабочем баке достигнет верхнего уровня выходного патрубка 4, она начнет выливаться через него наружу, что является признаком полного заполнения водонагревателя. После этого на выходном патрубке 4 закрывается выходной вентиль (на фиг. не показан) и водонагреватель подключается к электрической сети. По мере нагрева вода за счет конвекции поднимается в верхнюю часть рабочего бака, постепенно нагревая и замещая в нем холодную воду. Расход горячей воды происходит из верхней части рабочего бака, при этом за счет максимальной удаленности точки забора горячей воды от точки поступления холодной из водонагревателя отбирается вода максимальной заданной температуры.
Пользователь задает нужный температурный режим. Нагрев воды в рабочем баке осуществляется нагревательным элементом 5. При снижении температуры воды термостат автоматически подключает питание, поддерживая, таким образом, установленную температуру. При расходе горячей воды ее объем непрерывно замещается равным количеством подогретой воды из нижней части рабочего бака за счет подпора давлением водопровода.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает надежную антикоррозийную защиту рабочего бака, биологическую очистку воды, достигаемую путем ее обеззараживания ионами серебра, что оказывает благотворное воздействие на организм человека, существенно расширяя тем самым функциональные и эксплуатационные возможности заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом.
Водонагреватель, содержащий теплоизолированный герметичный рабочий бак, патрубок подвода холодной воды, патрубок выпуска горячей воды и размещенный внутри рабочего бака нагревательный элемент, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность рабочего бака нанесено антикоррозийное покрытие, включающее серебро или титан.
