SK8995Y1 - Elektrický ohrievač vody - Google Patents

Abstract

Elektrický ohrievač vody (200) je usporiadaný tak, že pozostáva z nádrže na vodu, ktorej vonkajší kryt (4) má tvar valca, ukončeného na spodnom úseku kužeľom, a vnútri nádrže je umiestnená koncentrická stena (5), jej tvar zodpovedá valcovej časti krytu nádrže. Pomocou koncentrickej steny (5) sú vnútri nádrže vytvorené dva oddelené cirkulačné kanály – vonkajší cirkulačný kanál a vnútorný cirkulačný kanál. Elektrický ohrievač vody integruje funkciu separátora pevných nečistôt.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka elektrického ohrievača vody zapojeného v systéme s uzavretým okruhom vykurovacej vody.

Doterajší stav techniky

Elektrické ohrievače vody známe v stave techniky sú vybavené vodotesnou nádržou na vodu z kovu alebo z odolného plastu, zvyčajne tvaru valca, vnútri ktorej je usporiadané aspoň jedno vyhrievacie teleso, napríklad vo forme špirály alebo tyče, a ohrievaná voda s určitou hodnotou objemu. Súčasťou elektrického ohrievača vody môže byť aj regulácia alebo riadenie vyhrievania, pričom riadiace obvody sú spojené s bezpečnostnými prvkami elektrického ohrievača, najmä s teplotnými senzormi rôznych konštrukcií a podobnými zariadeniami.

Nádrž elektrického ohrievača vody je vo všeobecnosti súčasne spojená s prívodom studenej vody, s odvodom teplej vody a s prívodom elektrického napätia. Studená voda privedená na vstup elektrického ohrievača vody sa prostredníctvom vyhrievacích telies ohrieva na požadovanú teplotu a v prípade potreby sa odoberá cez výstup z ohrievača.

Takýto elektrický ohrievač býva súčasťou vykurovacích systémov s uzavretým okruhom vykurovacej vody. Môže byť využívaný ako záložný ohrievač vody vo vykurovacích systémoch na báze tepelných čerpadiel.

Problémom systémov na ohrev vody s uzavretým okruhom, ktoiý si vyžaduje pozornosť a riešenie, je znečistenie vykurovacej vody pevnými časticami. Najbežnejším zdrojom nečistôt v cirkulujúcej kvapaline sú korózia z potrubného vedenia a z radiátorov a vodný kameň.

Preto sú systémy na ohrev vody s uzavretým okruhom vykurovacej vody vybavené filtračným zariadením na zachytávame pevných nečistôt, nemagnetickej alebo magnetickej povahy, ktoré by mohli spôsobiť napríklad poškodenie obehového čerpadla. Počas pravidelnej údržby sa filtračné zariadenie čistí alebo preplachuje.

Doteraz používané filtračné zariadenia sú používané ako samostatné komponenty, umiestňujú sa vo vodnom okruhu vykurovacieho systému, najčastejšie v blízkosti vstupu vody do obehového čerpadla.

Filtračné zariadenia používané na zachytávame pevných nemagnetických a magnetických nečistôt obsahujú rôzne separátory a/alebo filtračné vložky.

Ďalej sú v stave techniky známe riešenia cyklónových a hydrocyklónových filtrov, ktoré sú v priemyselnom svete čoraz bežnejšie vďaka relatívne nízkym výrobným nákladom a schopnosti oddeliť rôzne fázy jednu od druhej vo fázových zmesiach.

Vo všeobecnosti, cyklóny obsahujú vstup, ktoiý spôsobuje, že tekutina vstupuje do cyklónu tangenciálnym tokom, kužeľové teleso, vírovú oblasť, kde preteká tekutina po špirálovej dráhe, a výstup tuhých látok pri spodnej časti cyklónu.

Zariadenie na oddeľovanie nemagnetických aj magnetických pevných častíc od vody cirkulujúcej v uzavretom systéme ústredného kúrenia je zverejnené v publikácii EP 2271432 BI. Toto zariadenie založené na princípe cyklónového filtra obsahuje kryt, ktoiý je usporiadaný tak, že častice strhávané vo vode sa oddelia pomocou vírového oddeľovania, keď voda steká smerom nadol, zariadenie ďalej zahŕňa manžetu umiestnenú vnútri krytu tak, že medzi plášťom a manžetou je definovaný vonkajší obehový kanál. Toto zariadenie obsahuje ďalej magnet umiestnený vnútri krytu zariadenia, ktoiým prúdi voda z ústredného kúrenia. Keď sa voda pohybuje okolo magnetu, magnet zhromažďuje magnetické častice strhávané vo vode.

Špecifickou nevýhodou elektrického ohrievača vody je to, že vodný kameň sa vytvára vo veľkej miere práve na vyhrievacích telesách v nádrži elektrického ohrievača a vytvára na nich súvislú vrstvu. Jej náhle odlúpenie a prenesenie prúdením do okruhu vykurovacej vody v systéme môže spôsobiť vážne poruchy systému.

Vhodným riešením by bolo odfiltrovanie pevných nečistôt priamo v nádrži elektrického ohrievača, čím by sa zlepšila funkčnosť systému.

Zároveň by bolo možné zvýšiť množstvo zachytených nečistôt, keďže by sa zachytili priamo v mieste ich vzniku. Súčasne by sa zachytávali aj magnetické nečistoty vznikajúce na rôznych miestach systému.

Žiadny známy elektrický ohrievač vody zapojený v systéme s uzavretým okruhom vykurovacej vody nepoužíva svoj vlastný objem na zachytávame a odstraňovanie pevných nečistôt z uzavretého okruhu vykurovacej vody, všetky známe zapojenia využívajú filtre a separátory na zachytávanie pevných nečistôt, ktoré sú umiestnené mimo nádrže s ohrievanou vodou.

Tento nedostatok rieši predkladané technické riešenie.

SK 8995 Υ1

Podstata technického riešenia

Elektrický ohrievač vody podľa predloženého technického riešenia je usporiadaný tak, že pozostáva z nádrže na vodu, ktorej vonkajší kryt má tvar valca, ukončeného na spodnom úseku kužeľom, a vnútri nádrže je umiestnená koncentrická stena, jej tvar zodpovedá valcovej časti krytu nádrže. Pomocou koncentrickej steny sú vnútri nádrže vytvorené dva oddelené cirkulačné kanály - vonkajší cirkulačný kanál a vnútorný cirkulačný kanál.

Vo vnútornom cirkulačnom kanáli sú usporiadané vyhrievacie telesá.

Toto usporiadanie napomáha zmene smeru a rýchlosti toku vody pri pohybe jedným cirkulačným kanálom zhora nadol a druhým cirkulačným kanálom zdola nahor.

Horný úsek krytu nádrže má väčšiu prierezovú plochu než spodný úsek krytu nádrže. Horný úsek krytu nádrže je v podstate valcový a dolný úsek krytu je v podstate kužeľový.

Na spodnom úseku krytu nádrže sa prúd vody spomaľuje, takže strhnuté častice môžu ľahšie vypadnúť z prúdu vody a kužeľová oblasť, ku ktorej je pripojiteľný vypúšťací ventil, umožňuje zachytávanie magnetických aj nemagnetických pevných častíc.

Elektrický ohrievač vody podľa opísaného technického riešenia, vybavený koncentrickou stenou vnútri svojej nádrže, integruje teda funkciu separátom pevných nečistôt.

Jedno výhodné usporiadame zahŕňa vnútri nádrže elektrického ohrievača vody usporiadaný aspoň jeden magnet (magnetický separátor) na oddeľovanie magnetických pevných nečistôt.

Ďalšie výhodné usporiadanie zahŕňa špeciálny deflektor v blízkosti vstupu, pomocou ktorého je studená voda primiešavaná oveľa pomalšie v spodnej časti ohrievača, čím je udržiavaná teplota už ohrievanej vody.

V inom výhodnom usporiadam sú vstup a výstup umiestnené v blízkosti horného úseku krytu nádrže najmä preto, aby sa maximalizovali povrchové oblasti, s ktorými môžu prísť do kontaktu toky smemjúce nadol a toky smerujúce nahor.

Hoci sa v priestore nádrže nevytvorí cyklónový tok, tak ako je to v cyklónovom filtri, na zmenu smeru prúdenia vody a v nej obsiahnutých pevných nečistôt má vplyv narážame na prekážky, ktorými sú vyhrievacie špirály a koncentrická stena, a to umožňuje oddeľovanie pevných nečistôt z prúdu vody a ich usadzovanie v oblasti s najnižšou rýchlosťou prúdenia.

Predpokladá sa, že elektrický ohrievač vody je súčasťou systému s uzavretým okruhom vykurovacej vody a v tomto systéme sú zapojené ďalšie zariadenia (napríklad regulátor a riadenie ohrevu, obehové čerpadlo, ventily, doskový výmenník tepla a pod.), ktoré sú v stave techniky odborníkom známe a nie je potrebné ich opisovať.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie bude teraz opísané s odkazom na nasledujúce obrázky, ale bez obmedzenia na ne:

Obr. 1 znázorňuje prierez elektrickým ohrievačom vody a smer prúdenia vody v elektrickom ohrievači vody podľa predkladaného technického riešenia.

Obr. 2 znázorňuje prierez elektrického ohrievača vody v prípade, že vstup vody je orientovaný zhora, cez prírubu.

Obr. 3 znázorňuje prierez elektrického ohrievača vody v prípade, že vstup vody je orientovaný zboku, v blízkosti horného úseku krytu.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Na obr. 1 je schematicky znázornený elektrický ohrievač vody podľa predkladaného technického riešenia, pričom šípkami je naznačený smer prúdenia vody - elektrického ohrievača.

Vstup 1 studenej vody a výstup 2 teplej vody sú v nádrži elektrického ohrievača vody usporiadané tak, že voda pretekajúca elektrickým ohrievačom prúdi zo vstupu 1 studenej vody k výstupu 2 teplej vody.

Kryt 4 nádrže elektrického ohrievača vody sa skladá z valcovej časti, ktorá je na svojom hornom úseku pripevnená k prírube, a z kužeľovej časti, ktorá nadväzuje na valcovú časť krytu 4 nádrže v jeho dolnom úseku. Z príruby do nádrže vystupujú vyhrievacie telesá 3, v prírube je umiestnené aj pripojenie na vstup 1 studenej vody.

Elektrický ohrievač vody ďalej obsahuje koncentrickú stenu 5, ktorá tvarom zodpovedá valcovej časti krytu nádrže a ktorá je umiestnená vnútri nádrže elektrického ohrievača vody tak, že medzi krytom 4 nádrže a koncentrickou stenou 5 je definovaný vonkajší cirkulačný kanál. Studená voda vstupuje do zariadenia vstupom 1 v prírube, a potom prúdi vo vnútornom cirkulačnom kanáli vymedzenom koncentrickou stenou 5,

SK 8995 Υ1 v smere naznačenom šípkami okolo vyhrievacích telies 3 smerom nadol v blízkosti koncentrickej steny 5.

Voda počas prúdenia naráža na prekážky, ktoiými sú jednak vyhrievacie telesá 3 a tiež koncentrická stena 5. Voda prúdi smerom k najnižšiemu koncu kužeľovej časti krytu 4 nádrže a rýchlosť prúdenia sa smerom nadol spomaľuje. Keď voda tečie nadol, unášané pevné nečistoty vo vode narážajú na vykurovacie prvky 3 a na koncentrickú stenu 5, oddeľujú sa od prúdu vody a v dôsledku spomalenia klesajú na dno kužeľovej časti. Usadzujú sa v zóne 8 na usadzovanie pevných nečistôt.

Výstup 2 teplej vody je otvorený do vonkajšieho cirkulačného kanála a prechádza krytom 4 nádrže elektrického ohrievača vody v blízkosti jeho horného úseku.

Na obr. 1 je ďalej pomocou šípok znázornený stúpajúci tok ohriatej vody v elektrickom ohrievači vody. Ako je znázornené, voda tečie smerom nahor vonkajším cirkulačným kanálom, až kým nedosiahne výstup 2 teplej vody.

Deflektor 11 je umiestnený v nádrži v blízkosti vstupu 1 studenej vody a zabezpečuje, že na vstup 1 privedená studená voda smeruje k vyhrievacím telesám 3 a netečie priamo nadol do spodnej časti nádrže elektrického ohrievača vody. Týmto výhodným usporiadaním sa udržuje teplota už ohrievanej vody.

Pri otvorení vypúšťacieho ventila, ktorý je pripojený k zóne 8 na usadzovanie pevných nečistôt, sa usadené nečistoty odstránia z elektrického ohrievača vody a súčasne aj z uzatvoreného okruhu vody vyhrievacieho systému.

Príklad 2

Na obr. 2 je vyobrazený prierez elektrického ohrievača vody 100, ktorý predstavuje výhodné uskutočnenie technického riešenia. Kryt 4 nádrže elektrického ohrievača vody sa skladá z valcovej časti, ktorá je na svojom hornom úseku pripevnená k prírube, a z kužeľovej časti, ktorá nadväzuje na valcovú časť krytu 4 nádrže v jeho dolnom úseku. Z príruby do nádrže vystupujú vyhrievacie telesá 3.

Elektrický ohrievač vody ďalej obsahuje koncentrickú stenu 5 podľa predkladaného technického riešenia. Vstup 1 studenej vody a výstup 2 teplej vody sú v tomto výhodnom uskutočnení umiestnené v blízkosti horného úseku krytu 4 nádrže, čím sa maximalizujú povrchové oblasti, s ktorými môžu prísť do kontaktu toky smerujúce nadol a toky smerujúce nahor.

Voda pretekajúca ohrievačom prúdi zo vstupu 1 studenej vody k výstupu 2 teplej vody. Pomocou prípojky 10 sa vypúšťací ventil pripojí k zóne 8 na usadzovanie pevných nečistôt a nečistoty je možné odstrániť zo systému.

Príklad 3

Na obr. 3 je vyobrazený elektrický ohrievač vody 200, ktorým je v tomto príklade záložný (pomocný) elektrický zdroj ohrevu na systém tepelného čerpadla a predstavuje výhodné uskutočnenie technického riešenia.

Kryt 4 nádrže elektrického ohrievača vody 200 sa skladá z valcovej časti, ktorá je na svojom hornom úseku pripevnená k prírube, a z kužeľovej časti, ktorá nadväzuje na valcovú časť krytu 4 nádrže v jeho dolnom úseku. Z príruby do nádrže vystupujú viaceré vyhrievacie telesá 3, v prírube je umiestnené aj pripojenie na vstup 1 studenej vody. Voda pretekajúca ohrievačom prúdi zo vstupu 1 k výstupu 2.

Elektrický ohrievač vody ďalej obsahuje koncentrickú stenu 5 podľa predkladaného technického riešenia.

Studená voda vstupuje do zariadenia vstupom 1 v prírube, a potom prúdi vo vnútornom cirkulačnom kanáli okolo vyhrievacích telies 3 smerom nadol v blízkosti koncentrickej steny 5.

V spodnej časti nádrže elektrického ohrievača vody 200 sú usporiadané prostriedky na vsunutie dvoch magnetov 9, ktoré v tomto výhodnom uskutočnení oddeľujú magnetické nečistoty od ostatných pevných nečistôt tak, že ich k sebe priťahujú z prúdu vody. Na ochranu elektrického ohrievača vody 200 proti prehriatiu je v nádrži usporiadaný bezpečnostný obmedzovač 6 teploty, ktorý je prepojený s vyhrievacími telesami 3 pomocou prostriedkov 7 na prenos tepla kondukciou.

Pomocou prípojky 10 sa vypúšťací ventil pripojí k zóne 8 na usadzovanie pevných nečistôt a nečistoty je možné odstrániť zo systému. Magnetické nečistoty sa odstraňujú vytiahnutím magnetov.

Priemyselná využiteľnosť

Predložené technické riešenie integruje funkciu separátom (filtra) pevných nečistôt priamo v nádrži s vodou špecifického usporiadania, ktorá je súčasťou elektrického ohrievača vody v systéme s uzavretým okruhom vykurovacej vody. Nečistoty sa jednoduchým spôsobom oddeľujú z prúdu vody, zachytávajú sa vo vyhradenej zóne a odstraňujú z uzavretého okruhu. Použitie takéhoto elektrického ohrievača vody znamená úsporu miesta a nákladov, ktoré by museli byť vynaložené na externý filter (separátor) nečistôt a dosiahnutie bezporuchového ohrevu vody vo vykurovacom systéme.

SK 8995 Υ1

Zoznam vzťahových značiek vstup výstup vyhrievacie teleso kryt nádrže koncentrická stena bezpečnostný obmedzovač teploty prostriedky na prenos tepla kondukciou zóna na usadzovanie pevných nečistôt magnet prípojka deflektor elektrický ohrievač vody elektrický ohrievač vody

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Elektrický ohrievač vody pre systém s uzavretým okruhom vykurovacej vody zahŕňajúci nádrž na vodu pripojenú k prírube, aspoň jedno vyhrievacie teleso vystupujúce z príruby do nádrže na vodu a koncentrickú stenu usporiadanú v nádrži na vodu, pričom nádrž na vodu je spojená so vstupom studenej vody a s výstupom teplej vody, vyznačujúci sa tým, že kryt (4) nádrže na vodu sa skladá z valcovej časti, ktorá je na svojom hornom úseku pripevnená k prírube, a z kužeľovej časti, ktorá nadväzuje na valcovú časť krytu (4) nádrže na vodu v jeho dolnom úseku, koncentrická stena (5) tvarom zodpovedá valcovej časti krytu (4) nádrže na vodu a je umiestnená vnútri nádrže na vodu tak, že medzi krytom (4) nádrže na vodu a koncentrickou stenou (5) je definovaný vonkajší cirkulačný kanál, vyhrievacie telesá (3) sú usporiadané vo vnútornom cirkulačnom kanáli definovaným koncentrickou stenou (5), kužeľová časť krytu (4) nádrže návodu vymedzuje zónu (8) na usadzovanie pevných častíc z prúdu vody a je vybavená vypúšťacím ventilom alebo prípojkou (10) na pripojenie vypúšťacieho ventilu.
2. 2. Elektrický ohrievač vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vstup (1) studenej vody je usporiadaný v prírube a zasahuje do vnútorného cirkulačného kanála.
3. 3. Elektrický ohrievač vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vstup (1) studenej vody je usporiadaný v blízkosti horného úseku krytu (4) nádrže na vodu a zasahuje do krytu (4) nádrže na vodu a do vnútorného cirkulačného kanála.
4. 4. Elektrický ohrievač vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že na vstupe (1) do nádrže je umiestnený deflektor (11) na rovnomernú distribúciu studenej vody k vyhrievacím telesám (3).
5. 5. Elektrický ohrievač vody podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, v spodnom úseku krytu (4) nádrže na vodu sú usporiadané prostriedky na vsunutie aspoň jedného magnetu (9) na oddeľovanie magnetických nečistôt.
6. 6. Elektrický ohrievač vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že koncentrická stena (5) a vyhrievacie telesá (3) sú usporiadané na oddeľovanie pevných častíc z prúdu vody.