RU8092U1

RU8092U1 - ELECTRIC WATER HEATER

Info

Publication number: RU8092U1
Application number: RU97120682/20U
Authority: RU
Inventors: Виталий Васильевич Кузнецов; Валерий Николаевич Сокольский
Original assignee: Виталий Васильевич Кузнецов; Валерий Николаевич Сокольский
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1998-10-16

Abstract

Нагреватель воды электрический, содержащий бак с входным и выходным штуцерами, систему электродов с клеммами подключения к электрической сети, отличающийся тем, что система электродов выполнена из 2n - 1 (n = 2,3,4...) пластин, при этом пластины противоположных потенциалов чередуются друг с другом, а краевые пластины подсоединены к одной клемме, в цепь которой последовательно включен регулятор максимально допустимой температуры, при этом К-пластин, где К = 0,1,2..., но не более n/2, одного потенциала, выполнены из изолированных друг от друга частей, суммарная площадь которых равна площади одиночной целиковой пластины, и каждая часть имеет самостоятельный вывод, подключаемый к сетевой клемме через переключатель, причем входной штуцер расположен в нижней части бака, а на противоположной стороне бака в верхней части закреплен выходной штуцер, при этом их оси симметрии параллельны плоскостям пластин.An electric water heater containing a tank with inlet and outlet fittings, an electrode system with terminals for connecting to an electric network, characterized in that the electrode system is made of 2n - 1 (n = 2,3,4 ...) plates, while the plates are opposite potentials alternate with each other, and the edge plates are connected to one terminal, in the circuit of which the controller of the maximum allowable temperature is sequentially connected, while K-plates, where K = 0,1,2 ... but no more than n / 2, one potential, made of isolated from each other parts, sum whose arched area is equal to the area of a single integer plate, and each part has an independent output connected to the network terminal via a switch, the input fitting being located at the bottom of the tank, and the output fitting being fixed on the opposite side of the tank at the same time, their axis of symmetry being parallel the planes of the plates.

Description

НАГРКВАТЕЛЬ БОДш ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙHEADER ELECTRIC BODSH

Полезная модель относится к области систем электрического нагрева воды низкого давления, в частности, для бытовых нужд. Она также будет полезна для потребителей в местностях и строениях, где отсутствует централизованное снабжение горячей водой, но обеспеченных электрическими сетями.The utility model relates to the field of low-pressure water electric heating systems, in particular for domestic use. It will also be useful for consumers in areas and buildings where there is no centralized supply of hot water, but provided with electrical networks.

Широко известны устройства для нагрева воды с помощью электричества, например, чайник электрический, в котором источником тепла использован трубчатый электронагреватель (ТЭН).Widely known are devices for heating water using electricity, for example, an electric kettle in which a tubular electric heater (TEN) is used as a heat source.

Известны также производственно-бытовые устройства, где в качестве нагревателя используется система: пара электродов - вода между ними (I. Паспорт на утюг фирмы ДУЕ, Тайвань). Здесь, в силу того, что природная вода является слабым электролитом с ионами растворенных в ней солей и оснований; ионы под действием приложенного напряжения движутся к электродам - возникает электрический ток, что обеспечивает нагрев воды. При этом, количество выделенной теплоты Q определяется известной формулой, выражающей закон Джоуля-Леща, Q RIT, где R - сопротивление воды между электродами, I - ток, Т - время. Естественно, в деионизованной воде нагрева воды не будет и данное техническое решение распространяется на природную воду.Industrial and household devices are also known, where a system is used as a heater: a pair of electrodes - water between them (I. Passport for an iron from DUE, Taiwan). Here, due to the fact that natural water is a weak electrolyte with ions of salts and bases dissolved in it; ions under the influence of the applied voltage move to the electrodes - an electric current arises, which ensures the heating of water. Moreover, the amount of released heat Q is determined by the well-known formula expressing the Joule-Bream law, Q RIT, where R is the water resistance between the electrodes, I is the current, and T is the time. Naturally, there will be no water heating in deionized water and this technical solution extends to natural water.

Нагреватель воды,, выбранный в качестве прототипа,содержит бак и систему электродов, выполненную в виде трубчато-стержневой конструкции коаксиально соединенных между собой изоляционными держателями (2. Инф.листок Р 18(273) Совета Промкооп.УССР, Киев, I960)The water heater, selected as a prototype, contains a tank and an electrode system made in the form of a tubular-rod structure coaxially interconnected by insulating holders (2. Information sheet P 18 (273) of the Council of Promcoop.USSR, Kiev, I960)

Главным недостатком прототипа являетсяего неизменная производительность - постоянный расход воды заданной температуры. Изменение расхода воды неизбежно ведет к изменению ее температуры, например, увеличение расхода ведет к большей скорости воды между электродами и, как следствие, к снижению температуры и наоборот. Кроме того, он ограничен работой только от трехфазной сети, т.е. в быту не применим.The main disadvantage of the prototype is its constant performance - a constant flow of water at a given temperature. A change in the flow rate of water inevitably leads to a change in its temperature, for example, an increase in flow rate leads to a greater water velocity between the electrodes and, as a consequence, to a decrease in temperature and vice versa. In addition, it is limited to operation only from a three-phase network, i.e. at home is not applicable.

Целью полезной модели является техническое решение по повышению стабильности температуры при изменении расхода воды и обеспечение работы нагревателя от двухфазной сети.The purpose of the utility model is a technical solution to increase temperature stability when changing water flow and ensuring the operation of the heater from a two-phase network.

Техническое решение достигается тем, что в нагревателе воды электрическим, содержащим бак с входным и выходным штуцерами, систему электродов с клеммами подключения к электросети, система электродов выполнена из 2п-1 (п 2,3,4...) пластин, при этом, пластины противоположных потенциалов чередуются друг с другом, а краевые пластины подсоединены к одной клемме, в цепь которой последовательно включен регулятор максимально допустимой температуры, при этом,The technical solution is achieved by the fact that in the electric water heater containing a tank with inlet and outlet fittings, an electrode system with terminals for connecting to the mains, the electrode system is made of 2p-1 (n 2,3,4 ...) plates, while plates of opposite potentials alternate with each other, and edge plates are connected to one terminal, in the circuit of which the maximum permissible temperature controller is connected in series, while

МКИ Р 24 Н 1/20MKI R 24 N 1/20

К-пдастин (К 0,1,2...; но не более п/8) одного потенциала, выполнены из изолированных друг от друга частей суммарной площадью равной площади одиночной целиковой пластины и кагедая часть имеет самосто ятельный вывод, подключаемый к сетевой клемме через переключатель. Причем, входной штуцер расположен в нижней части бака, выходной штуцер - в его верхней части на противоположных сторонах бака, а их оси симметрии параллельны плоскостям пластин.K-pdastine (K 0,1,2 ...; but no more than p / 8) of the same potential, made of parts isolated from each other with a total area equal to the area of a single integer plate and the caged part has an independent output connected to a network terminal through the switch. Moreover, the inlet fitting is located in the lower part of the tank, the outlet fitting in its upper part on opposite sides of the tank, and their axis of symmetry are parallel to the planes of the plates.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что оно отличается от известного тем, что рабочую площадь электродов меняют в соответствии с изменением расхода воды и, тем самым, обеспечивают неизменность заданной температуры в пределах: от температуры окружающей среды до максимальной, задаваемой регулятором температуры. Такая конструкция электродов и электрическая схема их соединения и включения позволяют установить расход Harf з ретой воды заданной температуры от капельного режима до максимально допустимого системой водопровода. Таким образом, заявляемый нагреватель воды электрический соответствует критерию новизна.A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype showed that it differs from the known one in that the working area of the electrodes is changed in accordance with the change in water flow and, thus, ensure that the set temperature remains constant within the range: from the ambient temperature to the maximum temperature set by the temperature controller. This design of the electrodes and the electrical circuit of their connection and inclusion make it possible to establish the Harf consumption of fresh water of a given temperature from the drip mode to the maximum allowable water supply system. Thus, the claimed electric water heater meets the criterion of novelty.

Тот факт, что в настоящее время изготовлено несколько модификаций макетов (по мощности, производительности и температурам) нагревателя воды, проведены их всесторонние испытания и ведется подготовка производства по серийному выпуску оптимального варианта, позволяет сделать вывод о его соответствии критерию промышленно применим.The fact that several modifications of the models (in terms of power, capacity and temperature) of the water heater have been made at present, they have been comprehensively tested and production is being prepared for serial production of the best option, allows us to conclude that it meets the criterion of industrial applicability.

На рис.1а) приведена электрическая схема нагревателя воды электрического. Здесь: I - бак для воды, 2 - входной штуцер с вентилем для воды, 3- выходной штуцер для вывода нагретой воды, 4,6,8 - пластины неразрезные равного потенциала; 5,5 7,77- платрины разрезные равного потенциала, но противоположного по знаку предыдущим пластинаж, 9,10 - перемычки, II - терморегулятор максимально допустимой температуре, 12 - переключатель, 13 - неоновая лампочка.Figure 1a) shows the electrical diagram of an electric water heater. Here: I - a water tank, 2 - an inlet fitting with a valve for water, 3 - an outlet fitting for the output of heated water, 4,6,8 - continuous plates of equal potential; 5.5 7.77-split platrins of equal potential but opposite in sign of the previous fins, 9.10 - jumpers, II - thermostat for the maximum allowable temperature, 12 - switch, 13 - neon bulb.

На рис.16) дана та же схема (без контуров бака), иллюстрирующая распределение электрических полей при разных положениях ключа переключателя 12. Кроме того, здесь терморегулятор II конкретной температуры 40°С и показана возможность применения дополнительного терморегулятора 14 на 60°С и переключатель 15 управляющий ими.Fig. 16) shows the same diagram (without tank circuits), illustrating the distribution of electric fields at different positions of switch key 12. In addition, here is temperature regulator II of a specific temperature of 40 ° C and the possibility of using an additional temperature controller 14 at 60 ° C and a switch 15 managing them.

Работает нагреватель воды следующим образом. Переключатель 12 находится в положении О - устройство отключено. Через штуцер 2 в бак напускается вода, а затем, включается сеть 220 В переключателем 12, Уже на положении I его ключа К загорается неоновая лампа 13. Положение переключателя от I до 4 и положение перемычек 9 и 10 выбирается в зависимости от требуемой производительности горячей 4 с воды и ее температуры. Расвмотрим работу нагревателя воды последовательно от минимальной производительности и температуры до их максималного значения. 1.Перемычки 9 и 10 сняты, а ключ К переключателя 12 - на позиции I, т.е. к сети подключены только пластины 7 и 8. Вентиль штуцера 2 открыт и вода поступает в бак. При этом, возникает электрическое поле I (вериткальная, редкая штриховка, боковые эг фекты не показаны }. Понятно, что его энергия минимальна и нагрев воды мал. Но при минимальном ее расходе (например, 0,5-1,0 л/мин) температура достигнет 40-50°С за 5-6 мин. Увеличение расхода воды (до 2-3 л/мин) приведет к снижению температуры до 30-35°С. Переводом ключа К в положение 1,2 к сети подключается пластина Объем электрического пяля удваивается (редкая, с левым наклоном штриховка 11/плюс предыдущее поле I) нагрев воды возрастет и для сохранения температуры -вступит в действие регулятор температуры II. 2.При необходимости увеличения расхода воды, такого, что температура воды будет ниже 40°С, включают перемычку 9. При этом возникнет электрическое поле в областях I и П, нагрев воды увеличится, температура воды достигнет более 40°С и вновь вступит в действие регулятор температуры II. 3.Еще большее количество расходуемой воды требует перевод ключа К на позиции 1,2,3 добавит объем электрического поля зоной ш{ в положении К на позиции 1,2,3 и 4 утроит электрическое поле (по сравнению с положением ключа К на поз.1,2). 4.Установка перемычки 10 увеличит общее электрическое поле 1-1У в 8 раз. При этом, конструкция и взаиморасположение пластин таково, что при отрутствии терморегулятора II температура воды могла бы возрасти до 85-90°С. Терморегулятор, согласно техническим условиям или требованиям потребителя может быть установлен на любой предел температуры -указанном диапазоне. Например, для бытовых нужд достаточен стандартный терморегулятрр ДРГ-А (или ДРТ-Б) на температуру 40°С, т.е. на выходе температура воды никогда не превысит 40 С. Для производств венных нужд могут устанавливаться регуляторы на 60 и/или 90°С. Очевидно, что в электрическую цепь могут быть включены последовательно нне сколько таких регуляторов, например, на 40 и 60°С, применив переключатель пределов максимальной температуры. На рис. 16) дан пример включения двух таких регуляторов - II и 14 с переключателем 15, позволяющий шунтировать либо один, либо другой терморегулятор. Соответственно, на выходе можно получать воду либо с максимальном температурой 40°С, либо 60°С. При указанном на схеме положении переключателя 15 максимальная температура будет 40°С.The water heater operates as follows. The switch 12 is in the O position - the device is off. Through the nozzle 2, water is let into the tank, and then the 220 V network is turned on by switch 12, Already at position I of its key K, the neon lamp 13 lights up. The position of the switch from I to 4 and the position of jumpers 9 and 10 are selected depending on the required performance of hot 4 with water and its temperature. Consider the operation of the water heater in series from the minimum performance and temperature to their maximum value. 1. The jumpers 9 and 10 are removed, and the key K of the switch 12 is at position I, i.e. only plates 7 and 8 are connected to the network. The valve of fitting 2 is open and water enters the tank. In this case, an electric field I arises (vertical, rare shading, side effects are not shown}. It is clear that its energy is minimal and water heating is small. But at its minimum flow rate (for example, 0.5-1.0 l / min) the temperature will reach 40-50 ° C in 5-6 minutes An increase in water flow (up to 2-3 l / min) will lead to a decrease in temperature to 30-35 ° C. By moving the K key to position 1.2, a plate is connected to the network the hoop doubles (rare, with a left slope hatching 11 / plus the previous field I) the water heating will increase and to maintain the temperature - enter the temperature controller II is activated 2. If it is necessary to increase the flow rate of water, such that the water temperature is below 40 ° C, turn on the jumper 9. This will cause an electric field in areas I and P, water heating will increase, the water temperature will reach more than 40 ° C and temperature controller II will come into effect again. 3.An even greater amount of consumed water requires the key K to be moved to position 1,2,3, the volume of the electric field will be added by zone w {in position K at position 1,2,3 and 4 will triple the electric field (compared with the position of the key K in pos.1,2). 4. The installation of jumper 10 will increase the total electric field 1-1U by 8 times. At the same time, the design and relative position of the plates is such that when the temperature regulator II is disengaged, the water temperature could increase to 85-90 ° С. The temperature regulator, according to the technical conditions or the requirements of the consumer, can be set to any temperature limit - the specified range. For example, for domestic needs, the standard thermo-regulator DRG-A (or DRT-B) at a temperature of 40 ° C is sufficient, i.e. at the outlet, the water temperature will never exceed 40 C. For production needs, regulators at 60 and / or 90 ° C can be installed. It is obvious that several such regulators, for example, at 40 and 60 ° С, can be connected in series to the electric circuit by applying the maximum temperature limit switch. In fig. 16) an example is given of the inclusion of two such regulators - II and 14 with switch 15, which allows you to bypass either one or the other thermostat. Accordingly, water can be obtained at the outlet either with a maximum temperature of 40 ° C or 60 ° C. With the switch position 15 indicated in the diagram, the maximum temperature will be 40 ° C.

Предлагаемая конструкция нагревателя с чередующимся взаиморасположением электродов, помимо указанного в цели преимущества, об ладает еще невколькими достоинствами. Во-первых, исходя из заданного числа пластин 2тД обеспечивается экономия материала пластин. Например, если в обычном 2-х пластинчатом нагревателе с расстоянием С между пластинами можно нагреть I литр водк, то добавив 3-ю пластину с таким же расстоянием метлу пластинами и с чередующимся подключением их к сети нагрев обеспечится уже двух литров, а экономия материала составит 30 по сравнению если бы применялись два самостоятельных пластинчатых нагревателя. При указанном на рис.1 числе пластин экономия будет почти 40. При дальнейшем увеличении п-пластинэкономия будет стремится к . Следствием этого является снижение габаритов и веса в 1,8-2 раза.The proposed design of a heater with alternating relative positioning of the electrodes, in addition to the advantages indicated for the purpose, has several advantages. Firstly, based on a given number of 2TD plates, material saving is achieved. For example, if in a conventional 2-plate heater with a distance C between the plates, I liter of vodka can be heated, then adding a third plate with the same distance to the broom plates and with alternating connection to the network will provide heating for two liters, and material savings will be 30 as compared to using two separate plate heaters. With the number of plates indicated in Fig. 1, the savings will be almost 40. With a further increase in p-plates, the economy will tend to. The consequence of this is a decrease in size and weight in 1.8-2 times.

Во-вторых, чередующееся расположение пластин обеспечивает под ключение краемвых пластин к одной и той не клемме, сосредоточивая, тем самым, все электрическое поле в объеме между пластинами, чем повышается электробезопасность нагревателя.Secondly, the alternating arrangement of the plates provides the connection of edge plates to the same non-terminal, thereby concentrating the entire electric field in the volume between the plates, thereby increasing the electrical safety of the heater.

В-третьих, коэффициент полезного действия предлагаемого нагревателя значительно выше известных, т.к. в зависимости от температуры окружающей среды его КПД равен 92-9756, а у нагревателей с ТЗН,ами он 65-86$ (З.Енохович А.С., Справочник по физике и технике, М.,1975, с.133).Thirdly, the efficiency of the proposed heater is much higher than known, because depending on the ambient temperature, its efficiency is 92–9756, and for heaters with a heat exchanger, it is 65-86 $ (Z. Enokhovich A.S., Handbook of Physics and Technology, M., 1975, p.133).

В-четвертых, расположение штуцеров, входного - в нижней части, а входного - в верхней асти бака, создает более э-офективное, с точки зрения нагрева воды, протекание воды: холодная вода, подходя снизу выталкивает нагретую воду, таким образом, каждая порция воды обязательно проходит мимо всей площади пластин, получая наиболее полное количество теплоты.Fourth, the location of the fittings, the inlet in the lower part, and the inlet in the upper part of the tank, creates a more ejective, from the point of view of heating the water, water flow: cold water, coming from below pushes the heated water out, thus, each portion water necessarily passes by the entire area of the plates, receiving the most complete amount of heat.

- 4 ШОР- 4 Shore

Claims

An electric water heater containing a tank with inlet and outlet fittings, an electrode system with terminals for connecting to an electric network, characterized in that the electrode system is made of 2n - 1 (n = 2,3,4 ...) plates, while the plates are opposite potentials alternate with each other, and the edge plates are connected to one terminal, in the circuit of which the controller of the maximum permissible temperature is sequentially connected, while K-plates, where K = 0,1,2 ... but no more than n / 2, one potential, made of isolated from each other parts, sum whose aromatic area is equal to the area of a single integer plate, and each part has an independent output connected to the network terminal via a switch, the input fitting being located at the bottom of the tank, and the output fitting being fixed on the opposite side of the tank at the same time, their axis of symmetry being parallel the planes of the plates.