CZ285655B6 - Elektrický průtokový ohřívač a způsob jeho výroby - Google Patents

Abstract

Elektrický průtokový ohřívač sestává z přívodu (1) studené vody, regulační soustavy (3) k regulaci topného výkonu v závislosti na průtočním množství, prvního izolačního úseku (4), topného úseku (5) a druhého izolačního úseku (6). Topný úsek (5) sestává ze řady topných modulů (5a, 5b, 5c) tvořených vždy úložnou trubkou (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c), která má kruhový průřez. Na vnitřní stěně úložné trubky (51)jsou vytvořena spirálová žebra (52) pro zvýšení turbulence vody proudící topným modulem (5a, 5b, 5c). První a druhý izolační úsek jsou tvořeny ohebnými hadicemi, které jsou tlakotěsně připojeny k připojovacím nátrubkům (44, 63) prvního a posledního topného modulu (5a, 5c). Topné moduly (5a, 5b, 5c) lze jednotlivě s minimálními náklady vyměňovat. 'Uložná trubka (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) se jednodílně vyrábí tak, že se vyrobí jádro s nejméně jednou spirálovou drážkou nebo žebrem na způsob závitu s velkým stoupáním, jádro se s rovnoměrnou vůlí kolem celého svého oŕ

Description

Vynález se týká elektrického průtokového ohřívače, který sestává z přívodu studené vody, prvního izolačního úseku, topného úseku navazujícího na tento první izolační úsek, druhého izolačního úseku a vývodu teplé vody, přičemž topný úsek sestává z nejméně jednoho topného modulu ve tvaru trubky, který je tvořen v podstatě přímou a v průřezu kruhovou úložnou trubkou pro vodou obtékané topné spirály, opatřenou na obou koncích připojovacími přírubami a zařazenou v dráze proudění vody a první izolační úsek a druhý izolační úsek jsou tvořeny ohebnými hadicemi připojenými tlakotěsně k připojovacím přírubám topného modulu. Vynález se dále týká způsobu výroby tohoto elektrického průtokového ohřívače.

Dosavadní stav techniky

Novější konstrukce elektrických průtokových ohřívačů obvykle obsahují blok z plastu, ve kterém je vytvořena řada kruhových otvorů, kterými protéká ohřívaná voda. Část těchto kruhových otvorů je součástí topného úseku a v každém z nich se pak nachází topná spirála, zatímco zbylé kruhové otvory jsou součástí prvního a druhého elektricky izolačního úseku. Na čelech bloku z plastu jsou vytvořeny oblouky, kterými jsou kruhové otvory propojeny navzájem tak, že na meandrovitý první izolační úsek navazuje meandrovitý topný úsek a na tento navazuje opět meandrovitý druhý izolační úsek. Tímto způsobem vzniknou v bloku z plastu četné přímé průchody, které jsou propojeny rovněž četnými oblouky na čelech bloku.

Tato známá konstrukce není bez nedostatků. Počet a délka průchodů vytvořených v bloku z plastu musí být voleny tak, aby i při nepříznivé jakosti vody, to jest při její vysoké elektrické vodivosti, byl zajištěn předepsaný elektrický izolační odpor vodního sloupce jak na straně studené vody, tak i na straně teplé vody. Velikost celého bloku z plastu musí být proto dimenzována podle nejnepříznivějších možných situací. Četné oblouky - u jedné ze známých konstrukcí je například deset oblouků vždy o 180 stupňů - zvyšují hydraulický odpor elektrického průtokového ohřívače a tudíž i setrvačnost regulace tohoto elektrického průtokového ohřívače. Setrvačnost, která je takto vrozenou vlastností systému, může být kompenzována jen za cenu přiměřeně nákladné regulační soustavy. Tato regulační soustava totiž musí zajistit, aby požadovaná hodnota teploty teplé vody v místě odběru mohla být nastavena a udržována i při změnách průtočného množství v místě odběru. Další podstatný nedostatek známých konstrukcí tohoto bloku z plastu spočívá v tom, že při výpadku jedné nebo více topných spirál a/nebo zablokování či ucpání jednoho z četných průchodů v tomto bloku je nevyhnutelná výměna celého tohoto bloku. Náklady na takovou výměnu se pak již blíží pořizovacím nákladům elektrického průtokového ohřívače modernější konstrukce. Těchto problémů se tedy týká předložený vynález.

V dokumentu CZ 275 342 je popsán elektrický průtokový ohřívač, jehož topné prvky se opírají o turbulenční prvky, které však nejsou provedeny jako spirálovitá žebra. Také topné prvky samotné zde nemají tvar spirál, takže zde popsané řešení se vyznačuje značným hydraulickým odporem.

Další vzdáleně podobná řešení jsou popsána v dokumentech EP 0 280 612 AI aEP 0 300 711 AI, ve kterých rovněž není popsáno, že by turbulenční prvky tvořily opěru pro topné spirály. Uvedené dokumenty se ostatně netýkají elektrického průtokového ohřívače, nýbrž tepelného výměníku, takže topné spirály či jiné topné prvky v nich nelze ani očekávat.

- 1 CZ 285655 B6

Nejbližší stav techniky je popsán v dokumentu DE 36 09 213 Al, kde je popsán elektrický průtokový ohřívač sestávající z přívodu studené vody, prvního izolačního úseku, topného úseku navazujícího na tento první izolační úsek, druhého izolačního úseku a vývodu teplé vody, přičemž topný úsek sestává z nejméně jednoho topného modulu ve tvaru trubky, který je tvořen v podstatě přímou a v průřezu kruhovou úložnou trubkou pro vodou obtékané topné spirály, opatřenou na obou koncích připojovacími přírubami a zařazenou v dráze proudění vody a první izolační úsek a druhý izolační úsek jsou tvořeny ohebnými hadicemi připojenými tlakotěsně k připojovacím přírubám topného modulu.

Úkolem vynálezu je snížení pořizovacích a provozních nákladů a další zdokonalení popsaného elektrického průtokového ohřívače. Současně se má dosáhnout srovnatelných nebo zlepšených výkonových parametrů tohoto elektrického průtokového ohřívače.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých konstrukcí do značné míry odstraňuje elektrický průtokový ohřívač podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tento průtokový ohřívač je opatřen regulační soustavou a na vnitřní stěně kruhové úložné trubky pro topné spirály je na způsob vnitřního závitu vytvořeno nejméně jedno žebro ve tvaru spirály pro vytváření vířivého a příčného proudění ve vnitřním prostoru této úložné trubky, přičemž topné spirály dosedají na toto žebro.

Řešení podle vynálezu se vzdaluje od dosud běžné koncepce sdružení obou izolačních úseků a topného úseku v jedinou nedělitelnou konstrukční jednotku ve formě bloku. Místo toho se podle vynálezu předpokládá použití odděleně vyrobených a teprve při montáži spojovaných topných modulů pro topný úsek a levných a variabilních hadic pro oba izolační úseky. Toto řešení má četné výhody. Ohebné hadice lze snadno optimálně uložit v krytu elektrického průtokového ohřívače, který je i z jiných důvodů zapotřebí, přičemž se dosáhne minimalizace počtu oblouků a jejich zakřivení, to jest hadice jsou uloženy v pokud možno největších závitech, aby se minimalizovat průtočný odpor těchto hadic. Délky izolačních, úseků tvořených těmito hadicemi lze přizpůsobit danému měrnému elektrickému odporu vody. Při dobré jakosti vody, popřípadě při jejím vysokém měrném elektrickém odporu lze při dodržení předepsaného izolačního odporu použít poměrně krátké hadice, zatímco při nepříznivých poměrech se použijí přiměřeně delší hadice, jejichž cena je stejně poměrně nízká.

Dále je výhodné, jestliže mezi přívodem studené vody a prvním izolačním úsekem je v dráze proudění kapaliny zařazena v podstatě neohebná trubka, ke které je přiřazena regulační soustava.

Výrazné provozní výhody vyplývají z použití spirálovitých turbulenčních prvků na vnitřní stěně úložné trubky pro topné spirály. Turbulence vyvolávané těmito turbulenčními prvky zlepšují přestup tepla z topných spirál do ohřívané zvířené kapaliny. Výsledkem je, že při stejné potřebě tepla na místě odběru lze snížit teploty topných spirál v jednotlivých topných modulech. Nižší teplotní namáhání při přestupu stejného množství tepla zvyšuje životnost těchto topných spirál. Při poruše jedné z topných spirál nebo ucpání jednoho z průchodů pak postačí opravit nebo vyměnit příslušný topný modul, což je spojeno s poměrně nízkými náklady.

Je proto výhodné, jestliže na nebo ve vnitřní stěně kruhové úložné trubky pro topné spirály je na způsob vnitřního závitu vytvořena nejméně jedna spirálovitá drážka nebo žebro vytvářející v proudění vody protékající vnitřním prostorem úložné trubky jak vířivé, tak i příčné složky a zesílené turbulence. Toto žebro má s výhodou zaoblený nebo ostrohranný průřez. Toto provedení žeber má výhodu spočívající v tom, že topné spirály přiléhající za provozu na vnitřní stěny úložných trubek jsou se žebry v jen bodovém styku. Zmíněné turbulenční prvky však mohou být tvořeny také spirálovitými drážkami, které jsou ve vnitřní stěně úložné trubky

-2CZ 285655 B6 s dostatečně velkým stoupáním vytvořeny na způsob drážek a mezilehlých polí v hlavni střelné zbraně. Při spirálovitém průběhu turbulenčních prvků jsou smysly stoupání těchto turbulenčních prvků a topných spirál s výhodou opačné, to jest jejich závity jsou protichodé. Jedno z dalších alternativních provedení turbulenčních prvků spočívá v tom, že na vnitřní stěnu úložné trubky pro topné spirály se umístí mřížka z plastu přibližně ve tvaru trubky a topná spirála se pak umístí do prostoru uvnitř této mřížky z plastu.

Jedno z výhodných provedení vynálezu spočívá v tom, že topný úsek sestává ze řady za sebou uspořádaných topných modulů propojených rozebíratelně navzájem komplementárně provedenými připojovacími přírubami. Sestavování a vestavba topného úseku jsou dále usnadněny tím, že připojovací příruby přiřazené k topnému modulu jsou tvořeny navzájem komplementární zásuvnou částí azástrčnou částí a/nebo komplementárními bajonetovými spoji vystupujícími radiálně na navzájem protilehlých stranách úložné trubky. Při tomto provedení mohou mít všechny topné moduly identický tvar. Při sestavování topného úseku se v řadě za sebou bajonetově spojí více topných modulů, krajní topné moduly jsou pak opatřeny vhodnými přípojkami pro hadice tvořící oba izolační úseky na straně studené a teplé vody. Tímto způsobem lze prostou změnou počtu použitých topných modulů sestavovat z principiálně shodných součástí a topných modulů elektrické průtokové ohřívače s výrazně odlišnými výkony.

Jednotlivé úložné trubky pro topné spirály jsou spolu s připojovacími přírubami s výhodou tvořeny jednodílnými odlitky z plastu získanými tlakovým vstřikovacím litím a úložná trubka pro topné spirály je na obou axiálních koncích tlakotěsně uzavřena.

Je také možné řešení, ve kterém každá úložná trubka pro topné spirály sestává ze řady axiálních trubkových úseků, které jsou navzájem kapalinotěsně a pevně spojeny, přičemž přídržné prvky jsou vytvořeny poblíž míst spojů těchto trubkových úseků.

Dále je výhodné, jestliže vnitřní průměr úložné trubky pro topné spirály se směrem k jednomu jejímu konci mímě kuželovité rozšiřuje.

Aby se omezilo nevyhnutelné vychylování topných spirál v axiálním směru v důsledku náporu ohřívané kapaliny, mohou v dalším zdokonalení řešení podle vynálezu na vnitřní stěně úložné trubky pro topné spirály vystupovat přídržné prvky pro omezení axiálního pohybu topných spirál. Tyto přídržné prvky mohou být provedeny jako radiální kolíky nebo podobně. Z hlediska optimalizace těchto přídržných prvků je výhodné, jestliže tyto přídržné prvky jsou tvořeny množinou s axiálními odstupy uspořádaných výstupků, vytvořených s výhodou s úhlovými odstupy na vnitřním obvodu úložné trubky.

Zásluhou modulové konstrukce funkčních celků elektrického průtokového ohřívače podle vynálezu je pro tento ohřívač zapotřebí jen poměrně malý kryt. Topné moduly ve tvaru trubek mohou být uloženy v úchytných vybráních spodní části krytu elektrického průtokového ohřívače. Podobně, také ohebné hadice z plastu, které tvoří oba izolační úseky, mohou být v závitech uloženy ve spodní části krytu elektrického průtokového ohřívače a opatřeny prostředky pro přidržování v tomto stavu bez vzniku zlomů. Délka ohebných hadic tvořících oba izolační úseky se volí tak, aby byla dostatečná i pro kapaliny, to jest vodu, s nejvýše přípustnou hodnotou elektrické vodivosti.

Zpětný ventil používaný obvykle u průtokových ohřívačů může být zabudován ve spojovacím bloku tvořícím přívod studené vody. Jestliže na tento spojovací blok pružným spojem navazuje regulační úsek přívodu studené vody, lze takto omezit rušivé zvuky při zpětném rázu, protože zpětný ráz a jeho zvuk se jen minimálně přenáší na tuhé části průtokového ohřívače.

V jednom z dalších výhodných provedení vynálezu topný úsek obsahuje nejméně dva jednotlivě regulovatelné a/nebo zapnutelné topné moduly, z nichž nejméně jeden je regulovatelný

-3 CZ 285655 B6 v závislosti na potřebě tepla a poslední z těchto topných modulů je připojitelný k pokiytí oblasti nejvyšší potřeby tepla.

Tímto odstupňováním topných modulů a možností jejich oddělené regulace a zapínání lze s rychlou reakcí pokrýt potřebu tepla v libovolně velkém rozsahu. Při nízké potřebě tepla postačí aktivovat jen jeden topný modul s přiměřeně velkým výkonem.

Jestliže je podle dalšího výhodného zdokonalení řešení podle vynálezu v dráze ohřívané kapaliny zařazeno za sebou více topných modulů, postačí poslední topný modul, který pracuje na nejvyšší teplotě, aktivovat pouze v případě potřeby a po nejkratší dobu. Teplotně nejméně namáhaný první topný modul se naopak zapíná okamžitě při zapnutí elektrického průtokového ohřívače, pracuje po celou dobu provozu a je přitom regulován v závislosti na potřebě tepla.

Topný výkon topných modulů je s výhodou regulovatelný v závislosti na regulační odchylce mezi požadovanou teplotou a skutečnou teplotou teplé vody měřenou druhým snímačem teploty. Kromě toho je možné řešení spočívající vtom, že elektrický průtokový, ohřívač je opatřen prvním a druhým snímačem tlaku kapaliny na straně studené vody a teplé vody a regulační soustava obsahuje prostředky k regulaci výkonu topných modulů, které jsou aktivovány v závislosti na předem nastavitelném tlakovém rozdílu. Dále je výhodné, jestliže regulační soustava obsahuje prostředky ke zpožďování aktivace zapnutí topných modulů.

Spolehlivost funkce elektrického průtokového ohřívače je dále zvýšena tím, že regulační soustava obsahuje první snímač teploty k měření teploty v oblasti studené vody a druhý snímač teploty k měření teploty v oblasti teplé vody a dále prostředky pro nucené chlazení na teplotu citlivých elektronických součástí regulační soustavy, přičemž prostředky pro nucené chlazení se aktivují alespoň poté, kdy teplota studené vody měřená prvním snímačem teploty překročí horní mezní hodnotu.

Zásluhou tohoto opatření podle vynálezu lze nežádoucímu přerušení provozu elektrického průtokového ohřívače v důsledku spuštění tepelné ochrany elektronických prvků předejít i tehdy, jestliže teplota přiváděné studené vody je neobvykle vysoká a překračuje tedy zmíněnou horní mezní hodnotu. V případě potřeby se zapnou prostředky pro nucené chlazení elektronických součástí, které jsou tvořeny ventilátorem a přívodním kanálem pro vzduch propojeným teplosměnně s chlazenými na teplotu citlivými elektronickými součástmi.

Dalšího zlepšení funkce elektrického průtokového ohřívače je v jeho dalším provedení dosaženo tím, že tento průtokový ohřívač je opatřen prostředky k měření elektrického odporu vodního sloupce mezi dvěma topnými prvky a zařízením pro vyhodnocování výsledku tohoto měření. Topné spirály jsou přitom tvořeny odporovými dráty s kovově čistým nebo eloxovaným povrchem. Elektrický odpor mezi holými topnými spirálami závisí na kvalitě ohřívané vody a také na délce vodního sloupce mezi topnými spirálami. Protože délka vodního sloupce je konstantní, je elektrický odpor měřítkem kvality vody. Měření elektrického odporu mezi dvěma topnými spirálami lze využít také pro signalizaci a vyloučení chodu průtokového ohřívače nasucho. Za tímto účelem obsahuje regulační soustava vyhodnocovací obvod a prostředky k přerušení přívodu elektrického proudu do topných spirál v případě, že elektrický odpor mezi topnými spirálami překročí určitou předem zadanou mezní hodnotu.

Mimořádně vysoké provozní spolehlivosti, zlepšeného chování při poruchách a zvýšené rychlosti, popřípadě zkrácení doby odezvy lze v dalším provedení vynálezu dosáhnout tím, že regulační soustava obsahuje Fuzzy-logiku pro zpracování naměřených hodnot a pro regulaci výkonu topných prvků. Tato Fuzzy-Iogika s výhodou obsahuje obsahuje prostředky pro řízení indikátoru funkce.

-4CZ 285655 B6

Pokud má elektrický průtokový ohřívač napájet více míst odběru, je výhodné, jestliže je opatřen omezovačem průtočného množství.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob výroby trubkového topného modulu pro elektrický průtokový ohřívač, jehož podstata spočívá vtom, že úložná trubka pro topné spirály se jednodílně vyrábí tak, že se vyrobí jádro s nejméně jedním spirálovým žebrem na způsob závitu s velkým stoupáním, jádro se s rovnoměrnou vůlí kolem celého svého obvodu vloží do vnější formy, prostor mezi vnější formou ajádrem se poté vyplní vstřikovacím plastem, vstřikovací plast se vytvrdí a jádro se po vytvrzení z otvoru výrobku axiálně vytáhne za otáčivého pohybu vůči tomuto výrobku sledujícího spirálové žebro. Jádro má přitom s výhodou ve směru vytahování nepatrně se zvětšující průřez.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na neomezujícím příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojených výkresů, které schematicky znázorňují:

na obr. 1 schematické zobrazení podstatných funkčních prvků příkladu provedení elektrického průtokového ohřívače podle vynálezu, na obr. 2 baterii sestavenou ze tří shodných navzájem spojených topných modulů z plastu, které jsou součástí topného úseku elektrického průtokového ohřívače z obr. 1, a na obr. 3 schéma zapojení regulační soustavy příkladu provedení, která obsahuje Fuzzy-logiku.

Příklady provedení vynálezu

Elektrický průtokový ohřívač znázorněný schematicky na obr. 1 obsahuje následující podstatné funkční prvky: Přívod 1 studené vody, regulační soustavu 3, která slouží zejména k regulaci topného výkonu, první izolační úsek 4, za tímto zařazený topný úsek 5 sestávající z prvního, druhého a třetího topného modulu 5a. 5b. 5c, které mají shodné provedení, dále za topným úsekem 5 zařazený druhý izolační úsek 6 a vývod 7 teplé vody.

Přívod 1 studené vody je tvořen kovovým blokem, ve kterém je kromě přípojky pro studenou vodu uspořádán také ručně ovládaný uzavírací ventil 11. vodní filtr 12 a zpětný ventil 13. Na přívod 1 studené vody ve směru průtoku navazuje trubka 2, která je obvykle tuhá a je na ní uspořádána regulační soustava 3 a různé další měřicí a regulační prvky, které jsou u průtokových ohřívačů obvyklé. Náleží k nim diferenční tlakový spínač nebo průtokový spínač 20, který při odběru vody z vývodu 7 teplé vody připojuje elektrický topný okruh k regulační soustavě 3, a dále přetlakový spínač 21, který při přetlaku v trubce 2 odpojuje přívod 24 proudu, a to alespoň pro regulaci výkonu. Teplota a případně také tlak na straně studené vody jsou snímány prvním snímačem 23, který je propojen s regulační soustavou 3. V této regulační soustavě 3 jsou zapojeny triaky 31, které slouží k navzájem nezávislé regulaci topného výkonu jednotlivých topných modulů 5a, 5b, 5c, ze kterých je sestaven topný úsek 5. Řízení výkonu topných spirál 50a. 50b. 50c je zajištěno oddělenými topnými přívody 45. Činnost a provedení regulační soustavy 3 budou dále popsány v souvislosti s obr. 3.

Řízení výkonu topných spirál 50a. 50b. 50c se provádí výkonovými tranzistory nebo triaky 31, které jsou jak známo citlivé na teplotu. K chlazení triaků 31 se v tomto příkladu provedení stejně jako ve stavu techniky využívá přiváděná studená voda. Triaky 31 jsou namontovány na tepelném výměníku 29. který je v teplosměnném styku s trubkou 2 a jejím prostřednictvím s přiváděnou studenou vodou. K chlazení triaků 31 je nejvhodnější studená voda v normálním

-5CZ 285655 B6 teplotním rozsahu do 20 stupňů C, ztrátové teplo z triaků 31 je ostatně třeba odvádět jen tehdy, jestliže je elektrický průtokový ohřívač v provozu, kdy také tepelným výměníkem 29 průběžně protéká čerstvá studená voda. Chladicí účinek přitékající studené vody je však dostatečný jen tehdy, jestliže teplota studené vody nepřesáhne maximální hodnotu závisející, na tepelném odporu montážního uspořádání triaků 31 ajejich ztrátovém výkonu. Toto není vždy zajištěno. Při nedostatečném chlazení dojde k nouzovému odpojení a tím k přerušení činnosti elektrického průtokového ohřívače.

V příkladu provedení podle obr. 1 je k zajištění dostatečného chlazení triaků 31 i při vysokých vstupních teplotách studené vody použit přídavný ventilátor 8, kteiý jev případě potřeby podle údajů z prvního snímače 23 teploty studené vody zapínán regulační soustavou 3. Jestliže teplota studené vody přestoupí určitou mezní hodnotu, například 20 stupňů C, dojde k zapnutí přídavného ventilátoru 8. Proud vzduchu vytvářený přídavným ventilátorem 8 je vhodným vzduchovým kanálem 80 veden k chladicím žebrům tepelného výměníku 29 viz obr. 1, takže je nepřetržitě zajištěn dostatečný odvod tepla z triaků 31.

Topné prvky, které jsou tvořeny topnými spirálami 50a, 50b, 50c, sestávají z holých odporových drátů, čímž je zajištěn vynikající přenos tepla do ohřívané kapaliny, v tomto případě vody. Jsou předepsány určité izolační odpory mezi holými topnými spirálami 50a, 50b, 50c a nejbližšími kovovými připojovacími místy v dráze proudění vody. Tomu musí také odpovídat délka potrubí protékaných kapalinou mezi danými topnými moduly 5a, resp. 5c a přípojkami 1, resp. 7 na straně studené, popřípadě teplé vody. Tato potrubí jsou ve znázorněném elektrickém průtokovém ohřívači tvořena ohebnými hadicemi z elektricky izolačního materiálu. Tyto ohebné hadice lze na jedné straně snadno připojit k příslušnému přívodu 1 studené vody a vývodu 7 teplé vody a na druhé straně snadno prostorově úsporně uložit. Zmíněné hadice mohou být například ve smyčkách uloženy v neznázoměném krytu uspořádaném za topným úsekem 5. Průměr smyček je třeba volit dostatečně velký, aby se dosáhlo nízkého hydraulického odporu proudění a aby bylo takto možno minimalizovat tlakové ztráty v hadicích tvořících izolační úseky 4, 6.

Na výstupu třetího topného modulu 5c, který je ve směru proudění vody poslední, je uspořádán druhý snímač 30 obsahující čidlo teploty a tlakové čidlo. Rovněž tento druhý snímač 30 je propojen s regulační soustavou 3 a zúčastní se řízení nebo regulace topného výkonu elektrického průtokového ohřívače pomocí triaků 31.

Podstatným znakem vynálezu je zvláštní provedení jednotlivých topných modulů 5a. 5b. 5c, které je dále podrobněji popsáno na základě obr. 2.

Úložné trubky 51 tří topných modulů 5a. 5b, 5c jsou ve schematickém znázornění na obr. 2 navzájem rozebíratelně propojeny spojovacími přírubami, které sestávají ze zásuvných částí 53 azástrčných částí 54. Na zásuvnou část 53 azástrčnou část 54 prvního topného modulu 5a a posledního topného modulu 5c jsou kapalinotěsně a současně rozebíratelně napojeny spojovací nátrubky 44, 63. Jak je z obr. 2 patrné, lze jednotlivé topné moduly 5a, 5b, 5c uvolněním a vzájemným zasunutím navzájem komplementárních zásuvných částí 53 a zástrčných částí 54 bez problému vyměňovat nebo doplňovat. Tyto spojovací nátrubky 44, 63 jsou o sobě známým způsobem spojeny s ohebnými hadicemi tvořícími izolační úseky 4, 6. Zásuvné části 53, zástrčné části 54 a spojovací nátrubky 44, 63 včetně případných těsnicích prvků mohou mít běžné provedení. Podstatné je, aby na místech spojení bylo při tlacích a teplotách působících v topném úseku 5 zajištěno potřebné utěsnění. Místo zásuvných částí 53 azástrčných částí 54 a spojovacích nátrubků 44, 63 znázorněných na obr. 2, se mohou použít také jiné spoje, například šroubové spoje s převlečnými maticemi nebo bajonetové spoje, které se při vzájemném pootočení navzájem stáhnou, čímž se dosáhne požadovaného utěsnění.

Jednotlivé topné moduly 5a. 5b. 5c jsou ve znázornění na obr. 2 otevřeny a znázorněny bez příslušných topných spirál 50a. 50b. 50c. Na vnitřní stěně každé úložné trubky 51 je vytvarováno

-6CZ 285655 B6 žebro 52 s trojúhelníkovým průřezem, které má spirálový průběh na způsob strmého vícechodého závitu. Toto žebro 52 tvoří vnější obvodovou opěru pro příslušnou topnou spirálu 50a, 50b, 50c. Směry stoupání závitů žeber 52 a topných spirál 50a, 50b. 50c jsou s výhodou protichodé. Styčná opěmá místa mezi závity topných spirál 50a. 50b. 50c a žeber 52 se nacházejí v místech vzájemného křížení závitů a jsou proto téměř bodová. Žebro 52 ve tvaru spirály vyčnívá do dráhy proudění ohřívané kapaliny, která v podstatně axiálně protéká za sebou v řadě zařazenými úložnými trubkami 51. Proudění vody je na žebru 52 odchylováno v příčném směru dovnitř, popřípadě v důsledku spirálovitého průběhu žebra 52 vzniká vířivý pohyb této vody. Ve vnitřním prostora každé z úložných trubek 51 tak vzniká výrazná turbulence, která přináší zlepšení přestupu tepla mezi jednotlivými topnými spirálami 50a. 50b. 50c a proudícím médiem, to jest vodou. Tento zlepšený přestup tepla je spolu s výrazně zvýšenou účinností ohřevu jednou z výhod řešení podle vynálezu a je také v tomto řešení využit. Ve srovnání s dosud známými konstrukcemi lze takto například, snížit provozní teplotu topných spirál 50a, 50b, 50c.

Místo jednoho žebra 52 ve tvaru spirály, které je na obr. 2 znázorněno ve všech topných modulech 5a, 5b, 5c, může být na vnitřní stěně každé z úložných trubek 51 vytvořeno více navzájem rovnoběžných žeber. Průřez jednotlivých žeber 52 je přitom poměrně málo kritický. Místo poměrně ostrohranného průřezu žebra 52 lze použít i zaoblený průřez. Srovnatelného účinku lze dosáhnout také tak, že místo žeber 52 se v obvodu vnitřní stěny úložné trubky 51 vytvoří široké drážky, takže v této úložné trubce 51 vzniknou drážky a mezilehlá pole podobně jako v drážkované hlavni střelné zbraně.

Jednotlivé úložné trubky 51 spolu se svými navzájem komplementárními zásuvnými částmi 53 azástrčnými částmi 54 a se zmíněným nejméně jedním žebrem 52 se s výhodou vyrobí speciálním tlakovým vstřikovacím litím z plastu. Při této výrobě se do vnější formy vloží jádro, kterým se vytvaruje vnitřní prostor 55 úložné trubky 51. V tomto jádra, které není na výkresech znázorněno, je vytvořena nejméně jedna spirálová drážka, jejíž pomocí se při tlakovém vstřikovacím lití vytvaruje žebro 52 ve tvaru spirály. Vnější forma se uzavře tak, aby mezi ní a souosým jádrem zůstala vůle, a provede se tlakové vstřikovací lití. Po vytvrzení výrobku nacházejícího se mezi vnější formou a jádrem se vnější forma rozevře a jádro se v axiálním směru vytáhne otvorem 56 v čelním konci úložné trubky 51. Jádro se při tomto axiálním pohybu vůči úložné trubce 51 otáčí ve smyslu daném spirálovitým průběhem žebra 52. Bylo zjištěno, že vyjímání jádra se značně usnadní mírně kuželovitým provedením tohoto jádra, které se rozšiřuje směrem k otvoru 56 úložné trubky 51. V provozu nebylo zjištěno žádné ovlivnění funkce úložné trubky 51, které by bylo způsobeno zmíněným kuželovitým rozšiřováním vnitřního prostora 55 úložné trubky 51, mírné kuželovité rozšiřování ve směru proudění vody naopak dokonce zvyšuje turbulenci a účinnost ohřevu.

Jako vířící prvky lze také do vnitřního prostoru 55 úložné trubky 51 otvorem 56 zastrčit nebo vsunout odděleně vyrobené prvky, které narušují, popřípadě jinak usměrňují proudění. Do vnitřního prostoru 55 lze takto vložit například vhodnou mřížku, která je s výhodou opatřena mřížkovitým pláštěm přizpůsobeným vnitřnímu průřezu úložné trubky 51. Lze použít také vhodnou vložku, která se souose zasune do prostoru uvnitř topných spirál 50a, 50b, 50c.

Topné spirály 50a. 50b, 50c jednotlivých topných modulů 5a. 5b. 5c se do úložné trubky 51 zasunou ještě před uzavřením jejích čelních konců, které po tlakovém vstřikovacím lití zůstaly otevřené. Tyto čelní konce se pak obvykle plynotěsně uzavřou uzavíracími čepičkami nebo destičkami, které se svaří nebo slepí s úložnou trubkou 51 z plastu. Tyto postupy jsou samy o sobě známy z dosavadního stavu techniky, takže zde může být od podrobnějšího popisu upuštěno.

Celý topný úsek 5, který sestává například ze tří za sebou zařazených topných modulů 5a. 5b, 5c, může být v krytu elektrického průtokového ohřívače zasazen do vhodných vybrání ve spodní straně tohoto krytu. V tomto krytu již mohou být připravena další vybrání určená pro instalaci

-7CZ 285655 B6 přídavných topných modulů v případě potřeby zvýšení topného výkonu, které pak lze v kiytu umístit. Také hadice tvořící první izolační úsek 4 a druhý izolační úsek 6 mohou být uloženy ve vhodných kruhovitých komorách krytu, který není na výkresech znázorněn.

K fixování topných spirál 50a, 50b, 50c v axiálním směru slouží přídržné prvky 57, které jsou použitím vhodných prostředků nehybně uchyceny v úložné trubce 5L Tyto přídržné prvky 57 mohou být tvořeny například kolíky procházejícími skrze stěnu úložné trubky 51 a vyčnívajícími radiálně směrem k ose 58 úložné trubky 51. Tyto kolíky lze dodatečně, to jest po přichycení topných spirál 50a, 50b, 50c, zasunout zvenčí skrze stěnu úložné trubky 51 a v této utěsnit. Úložná trubka 51 může kromě toho sestávat v axiálním směru ze řady jednotlivých úseků, které se po zhotovení a připevnění přídržných prvků 57 přibližně v dělicí rovině souose sestaví a utěsní.

S odvoláním na obr. 3 nyní následuje popis měřicích, regulačních a indikačních prvků a také výkonových proudových okruhů popisovaného příkladu elektrického průtokového ohřívače, které jsou schematicky znázorněny na tomto obr. 3.

Triaky 31 regulační soustavy 3 jsou v tomto příkladu provedení podle obr. 3 řízeny regulátorem 3a. Tento regulátor 3a obsahuje zadávací jednotku 32, do které se kromě naměřených hodnot přivádí také požadovaná hodnota teploty Ts teplé vody nastavená uživatelem, dále procesovou a časovači jednotku 33 a konečně Fuzzy-logiku 34, která představuje vlastní regulátor. Tato Fuzzy-logika 34 ovládá přes regulační obvod 35 výkonu jeden nebo více triaků 31. Přes tyto triaky 31 se v závislosti na jejich regulaci napájejí jednotlivé jim přiřazené topné moduly 5a, 5b. 5c tak, aby se kryla potřeba tepla. Tato potřeba tepla závisí jak známo na průtoku v trubce 2 a požadované hodnotě teploty Ts nastavené uživatelem. Fuzzy-logika 34 řídí kromě regulačního obvodu 35 výkonu také blok 36 pojistných funkcí, kterým je řízen indikátor 37 funkce a v určitých chybových provozních stavech, popřípadě při poruše, také odpojovači spínač 38. který je zařazen mezi regulační obvod 35 výkonu a všechny triaky 31. Informace o činnosti triaků 31 přichází do bloku 36 pojistných funkcí propojením s regulačním obvodem 35 výkonu.

Fuzzy-logika 34 je přes zpětnovazební obvod 39 propojena se zadávací jednotkou 32 pro přípravu zadávaných, popřípadě měřených hodnot. Pomocí tohoto zpětnovazebního obvodu 39 může Fuzzy-logika 34 ovlivňovat způsob přípravy zmíněných hodnot. Kromě toho mohou být takto při přípravě měřených hodnot a regulaci a časování procesu zpětnovazebně jako zkušenost využity hodnoty z předchozích provozních cyklů uložené v příslušné paměti, aby se takto například mohlo potlačit překmitnutí regulační soustavy 3 a optimalizovat doba odezvy.

V příkladu provedení elektrického průtokového ohřívače, který je znázorněn na obr. 3, se do zadávací jednotky 32 přivádějí následující veličiny: Vstupní teplota Te z prvního snímače 23, výstupní teplota Ta z druhého snímače 30, vstupní tlak pe, výstupní tlak pa a konečně prostřednictvím signálového vedení 46 také naměřené hodnoty elektrického odporu, popřípadě vodivosti vodního sloupce mezi dvěma topnými moduly, například mezi topnými moduly 5a a 5c.

Tlakový rozdíl p = pe - pa lze využít ke zjištění počátku potřeby vody při otevření vodovodního kohoutu na místě odběru a tím k zapnutí regulační soustavy 3. Protože v přívodu studené vody obvykle panuje určitý připojovací tlak, lze případně toto průběžné měření vstupního tlaku pe vody vypustit. V zadávací jednotce 32, popřípadě v procesoru přiřazeném k Fuzzy-logice 34, lze tlakový rozdíl p převést také na náhradní hodnotu odpovídající průtočnému množství V. Toto průtočné množství V, které je třeba znát pro regulaci teploty, lze ale také vypočíst z elektrického výkonu, který je regulačním obvodem 35 výkonu propouštěn přes triaky 31. Za tímto účelem lze například integrovat řídicí impulzy na výstupu regulačního obvodu 35 výkonu. Kritické hodnoty kolísání síťového napětí lze přitom vhodným způsobem kompenzovat pomocí Fuzzy-logiky 34.

-8CZ 285655 B6

V zapojení podle znázorněného příkladu provedení lze před zapnutím výkonových okruhů nejdříve pomocí signálového vedení 46 určit hodnotu elektrické vodivosti, popřípadě odporu mezi dvěma prostorově oddělenými body vodního sloupce v topném úseku 5. Při zjištění příliš vysokého odporu dojde k odpojení triaků 31 odpojovacím spínačem 38, aby se předešlo chodu elektrického průtokového ohřívače nasucho a tím také nebezpečí poškození topných spirál 50a, 50b, 50c. Naopak, při zjištění příliš vysoké vodivosti, to jest příliš nízkého elektrického odporu mezi signálovými vedeními 46, může následovat zásah do bezpečnostních funkcí, protože je nebezpečí elektrického zkratu nebo přetížení.

Tepelný výměník 29 je s úsekem studené vody, to jest trubkou 2 spojen tepelně tak, že může za provozu předávat teplo vyvíjené triaky 31 do proudu studené vody. Informace o tom, zda množství tepla odváděného do proudu studené vody postačí k chlazení triaků 31, vyplývá pro procesor ve Fuzzy-logice 34 průběžně z hodnoty vstupní teploty Te. Je-li tato vstupní teplota Te příliš vysoká, například větší nebo rovna 20 stupňům C, dá Fuzzy-logika 34 signál do bloku 36 pojistných funkcí, který zapne přídavný ventilátor 8 zajišťující pak nucené chlazení triaků 31. Toto u elektrických průtokových ohřívačů zcela nové opatření lze samozřejmě se stejnými výhodami použít i u jinak konstruovaných elektrických průtokových ohřívačů, pokud se do procesoru, popřípadě příslušné zadávací jednotky přivádí měřicí hodnota odpovídající vstupní teplotě vody. Nucené chlazení, které může být zajištěno také kapalným chladivém proháněným chladicím okruhem pomocí oběhového čerpadla, je pak účelné přerušit v okamžiku, kdy teplota primárního chladicího média, to jest studené vody ohřívané následně v topném úseku 5, klesne na vstupní straně pod určitou předem zadanou mezní hodnotu.

Ve znázorněném příkladu provedení elektrického průtokového ohřívače je na výstupu topného úseku 5, popřípadě před vývodem 7 teplé vody, uspořádán omezovač 62 průtoku, jehož pomocí lze plně využít výkonové rezervy elektrického průtokového ohřívače, což má význam zejména v případě, že k tomuto elektrickému průtokovému ohřívači je připojeno více odběrných míst. Jako tento omezovač 62 průtoku může posloužit jednoduchá škrticí tryska.

Ve všestranné regulační soustavě 3 podle obr. 3 je navíc zařazeno zařízení ke změkčování vody, které je tvořeno generátorem 42, kteiý vytváří pravoúhlé impulzy například o kmitočtu 2 až 10 kHz, takže v oblasti přívodu studené vody vzniká odpovídající elektromagnetické pole. Tímto elektromagnetickým polem se odstraňuje tvrdost vody, čímž se omezí ukládání vápenitých usazenin přímo v aktivní oblasti topného úseku 5.

V rámci vynálezu je možná celá řada obměn. Například, z důvodu výrobních nákladů lze vypustit řadu jednotlivých funkcí, které pouze zvyšují komfort obsluhy. Rady funkcí lze dosáhnout jednoduchými úpravami Fuzzy-logiky 34, to jest bez výraznějšího zvýšení výrobních a investičních nákladů. Místo Fuzzy-logiky 34 lze samozřejmě použít také jiné již známé regulační zařízení, zejména v případě, jestliže lze dostatečně jednoznačně předem určit, popřípadě modelovat proces až po dosažení požadované hodnoty teploty vody ve vývodu 7 teplé vody a nedochází k žádné výraznější nestabilitě nebo kmitání regulační soustavy 3. Naopak, v případě potřeby lze přídavně zavést zpoždění několika sekund při zapínání, zejména po výpadku elektrického proudu. Objeví-li se příliš vysoký tlak v topném úseku 5, může zaúčinkovat omezovač tlaku.

Claims (24)

1. Elektrický průtokový ohřívač, sestávající z přívodu (1) studené vody, prvního izolačního úseku (4), topného úseku (5) navazujícího na tento první izolační úsek (4), druhého izolačního úseku (6) a vývodu (7) teplé vody, přičemž topný úsek (5) sestává z nejméně jednoho topného modulu (5a, 5b, 5c) ve tvaru trubky, který je tvořen v podstatě přímou a v průřezu kruhovou úložnou trubkou (51) pro vodou obtékané topné spirály (50a, 50b, 50c) opatřenou na obou koncích připojovacími přírubami (53, 54) a zařazenou v dráze proudění vody a první izolační úsek (4) a druhý izolační úsek (6) jsou tvořeny ohebnými hadicemi připojenými tlakotěsně kpřipojovacím přírubám (53, 54) topného modulu (5a, 5b, 5c), vyznačující se tím, že průtokový ohřívač je opatřen regulační soustavou (3) a na vnitřní stěně kruhové úložné trubky (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) je na způsob vnitřního závitu vytvořeno nejméně jedno žebro (52) ve tvaru spirály pro vytváření vířivého a příčného proudění ve vnitřním prostoru (55) této úložné trubky (51), přičemž topné spirály (50a, 50b, 50c) dosedají na toto žebro (52).

2. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 1, vyznačující se tím, že topný úsek (5) sestává ze řady za sebou uspořádaných topných modulů (5a, 5b, 5c) propojených rozebíratelně navzájem komplementárně provedenými připojovacími přírubami (53, 54).

3. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 2, vyznačující se tím, že připojovací příruby přiřazené k topnému modulu (5a, 5b, 5c) jsou tvořeny navzájem komplementární zásuvnou částí (53) a zastřenou částí (54) a/nebo komplementárními bajonetovými spoji vystupujícími radiálně na navzájem protilehlých stranách úložné trubky (51).

4. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků 1 až3, vyznačující se tím, že na vnitřní stěně úložné trubky (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) vystupují přídržné prvky (57) pro omezení axiálního pohybu těchto topných spirál (50a, 50b, 50c).

5. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že topné spirály (50a, 50b, 50c) jsou tvořeny odporovými dráty s kovově čistým nebo eloxovaným povrchem.

6. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že délka ohebných hadic tvořících oba izolační úseky (4, 6) je dostatečná i pro vodu s nejvýše přípustnou hodnotou elektrické vodivosti.

7. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že jednotlivé úložné trubky (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) spolu s připojovacími přírubami (53, 54) jsou tvořeny jednodílnými odlitky z plastu a úložná trubka (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) je na obou axiálních koncích tlakotěsně uzavřena.

8. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 7, vyznačující se tím, že vnitřní průřez úložné trubky (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) se směrem k jednomu jejímu konci (56) mírně kuželovité rozšiřuje.

9. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 4, vyznačující se tím, že přídržné prvky (57) jsou tvořeny množinou s axiálními odstupy uspořádaných výstupků, vytvořených s výhodou s úhlovými odstupy na vnitřním obvodu úložné trubky (51).

- 10CZ 285655 B6

10. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 9, vyznačující se tím, že každá úložná trubka (51) pro topné prvky (50a, 50b, 50c) sestává ze řady axiálních trubkových úseků, které jsou navzájem kapalinotěsně a pevně spojeny, přičemž přídržné prvky (57) jsou vytvořeny poblíž míst spojů těchto trubkových úseků.

11. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků lažlO, vyznačující se tím, že topné moduly (5a, 5b, 5c) jsou uloženy v úchytných vybráních spodní části krytu elektrického průtokového ohřívače.

12. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 11, vyznačující se tím, že ohebné hadice z plastu, které tvoří oba izolační úseky (4, 6), jsou v závitech uloženy ve spodní části krytu elektrického průtokového ohřívače.

13. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků lažl2, vyznačující se tím, že mezi přívodem (1) studené vody a prvním izolačním úsekem (4) je v dráze proudění kapaliny zařazena v podstatě neohebná trubka (2), ke které je přiřazena regulační soustava (3).

14. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků lažl3, vyznačující se tím, že topný úsek (5) obsahuje nejméně dva jednotlivě regulovatelné a/nebo zapnutelné topné moduly (5a, 5b, 5c), z nichž nejméně jeden je regulační soustavou (3) regulovatelný v závislosti na potřebě tepla a poslední z těchto topných modulů (5c) je připojitelný k pokrytí oblasti nejvyšší potřeby tepla.

15. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 13, vyznačující se tím, že regulační soustava (3) obsahuje první snímač (23) teploty k měření teploty (Te) v oblasti studené vody a druhý snímač (30) teploty k měření teploty (Ta) v oblasti teplé vody a dále prostředky pro nucené chlazení na teplotu citlivých elektronických součástí (31) regulační soustavy (3), přičemž když teplota (Te) studené vody měřená prvním snímačem (23) teploty překročí horní mezní hodnotu jsou poté aktivizovatelné prostředky pro nucené chlazení.

16. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 15, vyznačující se tím, že prostředky pro nucené chlazení jsou tvořeny ventilátorem (8) a přívodním kanálem (80) pro vzduch propojený teplosměnně s chlazenými na teplotu citlivými elektronickými součástmi (31).

17. Elektrický průtokový ohřívač podle nároků 15 nebo 16, vyznačující se tím, že topný výkon topných modulů (5a, 5b, 5c) je regulovatelný v závislosti na regulační odchylce mezi požadovanou teplotou (Ts) a skutečnou teplotou (Ta) teplé vody měřenou druhým snímačem (30) teploty.

18. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků 14ažl7, vyznačující se tím, že je opatřen prvním a druhým snímačem tlaku (pe, pa) kapaliny na straně studené vody a teplé vody a regulační soustava (3) obsahuje prostředky k regulaci výkonu topných modulů (5a, 5b, 5c) v závislosti na předem nastavitelném tlakovém rozdílu (p = pe - pa).

19. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 18, vyznačující se tím, že regulační soustava (3) obsahuje prostředky ke zpožďování aktivace zapnutí topných modulů (5a, 5b, 5c).

20. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků 14ažl9, vyznačující se tím, že je opatřen prostředky k měření elektrického odporu vodního sloupce mezi dvěma topnými prvky (50a, 50b, 50c) a zařízením pro vyhodnocování výsledku tohoto měření.

-11 CZ 285655 B6

21. Elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků 14až20, vyznačující se tím, že regulační soustava (3) obsahuje Fuzzy-logiku (34) pro zpracování naměřených hodnot a pro regulaci výkonu topných spirál (50a, 50b, 50c).

22. Elektrický průtokový ohřívač podle nároku 21, vyznačující se tím, že Fuzzy-logika (34) obsahuje prostředky (36) pro řízení indikátoru (37) funkce.

23. Způsob výroby trubkového topného modulu pro elektrický průtokový ohřívač podle některého z nároků laž22, vyznačující se tím, že úložná trubka (51) pro topné spirály (50a, 50b, 50c) se jednodílně vyrábí tak, že

a) se vyrobí jádro s nejméně jedním spirálovým žebrem (52) na způsob závitu s velkým stoupáním;

b) jádro se s rovnoměrnou vůlí kolem celého svého obvodu vloží do vnější formy;

c) prostor mezi vnější formou a jádrem se poté vyplní vstřikovacím plastem;

d) vstřikovací plast se vytvrdí; a

e) jádro se po vytvrzení z otvoru výrobku axiálně vytáhne za otáčivého pohybu vůči tomuto výrobku sledujícího spirálové žebro (52).

24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že jádro má ve směru vytahování nepatrně se zvětšující průřez.