Устройство и принцип действия накопительного водонагревателя

Устройство и принцип действия накопительного водонагревателя

Устройство накопительного водонагревателя позволило ему стать одним из самых популярных способов получения горячей воды в быту.

Электрический бойлер

Водонагреватели разделяют на два типа: газовые и электрические.

Монтаж накопительного водонагревателя обычно не требует внесения больших изменений в сеть водоснабжения, прокладки отдельных линий электроснабжения и получения разрешения на установку. Достаточно выбрать подходящий вам по параметрам прибор, установить его на стену или пол и подключить к внутридомовым сетям.

Конструктивные элементы

Структура бойлера

Структура бойлера.

Любой накопительный водонагреватель, или, как его еще называют, бойлер, состоит из следующих основных элементов:

  • теплоизолированный бак;
  • нагревательный элемент;
  • терморегулятор;
  • корпус электрооборудования с панелью управления;
  • индикаторы режимов работы и термометр;
  • трубка забора горячей воды;
  • магниевый электрод;
  • рассекатель для холодной воды;
  • резьбовые выводы для подключения к сети холодного водоснабжения и сантехническим приборам;
  • запорная и предохранительная арматура;
  • сеть электропитания;
  • переключатели;
  • крепежные лапы или опорные элементы.

Принцип действия

Принцип действия бойлера довольно прост. Холодная вода подается в теплоизолированную емкость водонагревателя снизу. Ее поток направляется с помощью рассекателя так, чтобы он омывал нагревательный элемент и не смешивался с вышележащими слоями нагретой воды.

В результате распределения потоков и конвекции горячая вода собирается в верхней части емкости бойлера цилиндрической или - для компактных моделей - слегка приплюснутой формы.

Схема установки бойлера

Схема установки бойлера.

Туда же выведена трубка забора горячей воды. Когда кран на сантехническом приборе открывается, образуется разность давлений, и горячая вода вытесняется из емкости в заборную трубку вновь поступающей холодной водой.

Когда кран на сантехническом приборе закрыт, вода в емкости водонагревателя не обновляется. При этом осуществляется ее постепенный нагрев до заданной температуры. Температуру нагрева задает пользователь рукояткой терморегулятора. Этот прибор с помощью специального датчика измеряет температуру воды в режиме реального времени. Он подает электропитание на нагревательный элемент, пока необходимая температура не достигнута, и снимает его по достижении заданного значения.

Чтобы вода из емкости не могла вытечь обратно в систему при отсутствии подачи в бойлер холодной воды, на входе в водонагреватель устанавливается обратный клапан. Он пропускает воду только в одном направлении - в емкость электроводонагревателя.

Обеспечение безопасной эксплуатации

Схема подключения бойлера

Схема подключения бойлера.

Трубка забора горячей воды немного не доходит до верхней части емкости. Это нужно для создания демпфирующей воздушной подушки. Вода в жидком состоянии не сжимается, и при нагревании она имеет свойство расширяться. Если бы она заполняла весь объем бойлера, то в процессе расширения неминуемо разрушила бы его. Воздушная подушка в верхней части емкости, сжимаясь, компенсирует расширение воды, и давление внутри емкости остается в допустимых пределах.

Для предотвращения разрушения бойлера избыточным давлением нагретой воды в его конструкции имеется еще одно защитное устройство. Между обратным клапаном и емкостью устанавливается предохранительный клапан. При превышении допустимого давления он приоткрывается и сбрасывает избыток воды в атмосферу до нормализации давления. Порог срабатывания этого клапана задается жесткостью предварительно сжатой пружины и обычно составляет от 5,5 до 7,5 бар. Емкости бойлеров хорошего качества рассчитывают на работу при давлении до 9 бар. В результате предохранительный клапан обеспечивает безопасную эксплуатацию водонагревателя.

Сбросной выход предохранительного клапана большинство пользователей с помощью шланга подходящего диаметра подключают к системе канализации. Иначе вода с него будет капать на пол.

Для каждого накопительного водонагревателя производителем устанавливается допустимое давление входящей холодной воды. Оно обычно не должно превышать 2,5-3,5 бар. Если ваша сеть эксплуатируется с большим давлением, положено на входе в водонагреватель устанавливать автоматический регулятор давления. Если этого не сделать, предохранительный клапан большую часть времени будет открыт, и вы получите значительную утечку воды.

Помимо защиты от избыточного давления производители электроводонагревателей заботятся об электробезопасности своих приборов. Любой бойлер рассчитан на эксплуатацию в электросети с заземляющим проводом. Защита от перепадов напряжения и короткого замыкания обеспечивается с помощью подключения водонагревателя через автоматический выключатель. Защиту от токов утечки обеспечивает включение в схему устройства защитного отключения (УЗО).

Защита от коррозии

Схема бойлера косвенного нагрева

Схема бойлера косвенного нагрева.

Емкости водонагревателей изготавливают из тонкостенного стального листа. При этом они должны быть достаточно прочными и выдерживать значительное избыточное давление нагретой воды. Для нового бака это не является проблемой. Для емкостей водонагревателей характерна работа в условиях гальванической и электролитической коррозии. В результате со временем прочность стенок бака и сварных швов снижается, что может привести к разрушению емкости.

Производители пытаются продлить срок службы баков путем нанесения на внутреннюю поверхность стенок емкости защитных покрытий, это могут быть цинксодержащие покрытия, различные эмали, кроме того, бак может быть изготовлен из нержавеющей стали. Но даже в последнем случае тяжело обеспечить сохранение антикоррозийных свойств для сварных швов, ведь при сварочных работах часть легирующих добавок теряются, и швы все равно ржавеют. Применение специальных методов сварки сильно удорожает изделие, поэтому чаще производители обходятся без них.

Дополнительной защитой от коррозии является введение в конструкцию водонагревателя магниевого электрода. Электродный потенциал магния больше аналогичного показателя железа и меди. В результате жертвенный магниевый электрод постепенно растворяется, а стальные элементы и элементы из сплавов меди восстанавливаются. Магниевый электрод является сменной деталью.

Защита от накипи

Нагревательные элементы водонагревателей, которые, как правило, выполняются в виде трубчатых электронагревателей, контактируют с жесткой водопроводной водой. В зоне контакта воды с нагревательными элементами достигаются высокие температуры. При таких условиях из воды выпадают в виде накипи соли жесткости. Они ухудшают теплопередачу от нагревательных элементов к воде. В результате ТЭНы перегреваются и разрушаются.

Для защиты от этого явления в современных бойлерах ТЭНы помещают в защитные колбы, их называют сухими. Для уменьшения образования накипи не рекомендуется выставлять температуру нагрева воды выше 55°С. Это граничное значение, после которого выпадение накипи значительно интенсифицируется. Это также снижает вероятность ожогов.

Теплоизоляция емкости

Качественная теплоизоляция позволяет воде внутри емкости бойлера охлаждаться всего на несколько градусов в сутки. В качестве теплоизоляционных материалов сейчас применяют стекловолокно, пенополистирол, пенополиуретан.

Дополнительные устройства

Чтобы пользователь мог оценить текущую температуру воды в бойлере, эти изделия снабжаются термометрами с электронными или стрелочными указателями.

Текущие режимы работы отображаются светодиодными индикаторами. Для рационального использования электрической энергии некоторые модели снабжаются двумя ТЭНами, которые могут включаться отдельно.

Водонагреватель подключается к сети водоснабжения через запорную арматуру. Это позволяет отсоединить нагреватель от сети для обслуживания, ремонта или замены. Некоторые модели имеют третий вывод для комфортного опустошения. В противном случае это делают с помощью ручного привода на предохранительном кране.

Design and function water heater

The unit water heater has allowed him to become one of the most popular ways of getting hot water in the home.

Electric water boiler

Water heaters are divided into two types: gas and electric.

Installation of water heater typically does not require any major changes in the water supply network, laying the individual power supply lines and obtaining permission to install. Simply select the appropriate settings for your device, install it on the wall or floor and connected to the in-house networks.

components

The structure of the boiler

boiler structure.

Any water heater, or as it is called, the boiler consists of the following main elements:

  • insulated tank;
  • a heating element;
  • thermostat;
  • Electrical cabinet with control panel;
  • Indicators of operating modes and the thermometer;
  • tube sampling of hot water;
  • Magnesium electrode;
  • divider for cold water;
  • screw terminals for connection to the cold water supply and sanitary devices;
  • shut-off and relief valves;
  • supply chain;
  • switches;
  • fastening the support elements or legs.

Operating principle

The principle of operation of the boiler pretty simple. Cold water is supplied to the insulated container from the bottom of the heater. Its flow is directed through the splitter so that it bathed the heating element and is not mixed with the overlying layers of the heated water.

As a result of flow distribution and convection of hot water is collected at the top of the cylindrical container or boiler - for compact models - slightly flattened shape.

The scheme of installation of the boiler

Scheme boiler installation.

There also is derived tube sampling of hot water. When the valve is opened on plumbing fixtures, a pressure difference is formed, and the hot water is forced out of the container in the suction tube back the incoming cold water.

When the valve is closed on plumbing fixtures, water heater tank is not updated. This made it a gradual heating up to a predetermined temperature. The heating temperature the user sets the thermostat handle. This device using a special sensor measures the water temperature in real time. It supplies power to the heating element until the desired temperature is reached, and removes it reaches a predetermined value.

To keep water out of the container can not flow back into the system in the absence of flow into the boiler cold water entering the boiler is installed a check valve. He passes the water in one direction only - in the capacity of electric heater.

Ensuring safe operation

Driving boiler connection

Wiring boiler.

hot water intake tube is a bit does not reach the top of the tank. It is necessary to create an air cushion damping. Water in liquid state is not compressed, and when heated it tends to expand. If it fills all boiler volume, then during expansion it would inevitably destroyed. Airbag at the top of the container, shrinking, compensates for expansion of water, and the pressure inside the container remains within acceptable limits.

To prevent the destruction of the boiler pressurized heated water in its structure has another protective device. Between the check valve and a relief valve installed capacity. If you exceed the allowable pressure it ajar and clears excess water in the atmosphere to a pressure normalization. Threshold rigidity of this valve is set beforehand, and the compressed spring is generally from 5.5 to 7.5 bar. Tanks boilers rely on good quality work at pressures up to 9 bar. As a result, the safety valve ensures safe operation of the heater.

The relief outlet of the safety valve the majority of users with a hose of suitable diameter is connected to the sewage system. Otherwise it with water will drip onto the floor.

For each water heater manufacturer established allowable pressure of incoming cold water. It usually should not exceed 2.5-3.5 bars. If your network is operated with a lot of pressure put on the entrance to the water heater installed an automatic pressure regulator. If this is not done, the safety valve most of the time will be opened, and you will get a significant water leak.

In addition to protection against excessive pressure electric water heaters manufacturers care about their electrical appliances. Each boiler is designed for operation in the power supply to the ground wire. Protection against power surges and short circuit protection is provided by connecting the water heater through the circuit breaker. Protection against leakage current ensures inclusion in the circuit protective device (RCD).

Corrosion protection

Scheme indirect heating boiler

Scheme indirect heating boiler.

Containers heaters made of a thin steel sheet. At the same time they must be strong enough to withstand substantial overpressure of hot water. The new tank is not a problem. For containers of water heaters are characterized by work in the conditions of galvanic and electrolytic corrosion. As a result, over time the strength of the tank wall and welded joints is reduced, which can lead to the destruction of the container.

Manufacturers try to prolong the service tank by coating the inner surface of the container wall coatings, it can be zinc-containing coating, various enamels, moreover, the tank may be made of stainless steel. But even in the latter case, difficult to ensure the preservation of anti-corrosion properties of welded joints, because when welding of the dopants are lost, and the seams are still rust. The use of special welding greatly increases the cost of the product, so most manufacturers do without them.

Additional protection against corrosion is an introduction to the magnesium electrode cylinder design. The electrode potential of magnesium more than in iron and copper. As a result of the sacrificial magnesium electrode is gradually dissolved, and the steel elements and elements made of copper alloys are reduced. Magnesium electrode is replaceable part.

Protection against limescale

The heating elements heaters which are usually carried out in a tubular electric heaters, contact with a hard tap water. The area of water contact with the heating elements to achieve high temperature. Under these conditions, the water falls as scale hardness salts. They impair heat transfer from the heating elements to the water. As a result, the heating elements overheat and break down.

To protect against this phenomenon in modern boilers heating elements placed in a protective flask, referred to as dry. To reduce the formation of scale is not recommended to expose the water hotter than 55 ? C. This limit value, followed by a loss of scale significantly intensified. It also reduces the likelihood of burns.

insulation capacity

Qualitative insulation allows water inside the boiler tank to cool only a few degrees per day. As a heat-insulating materials are now used fiberglass, polystyrene, polyurethane foam.

Additional Options

To help you assess the current water temperature in the boiler, these products are supplied with electronic thermometers or arrow pointers.

Current modes are displayed LEDs. For the rational use of electrical energy, some models are equipped with two heating elements, which can be switched separately.

The water heater is connected to the water supply network through a shut-off valve. This allows you to disconnect the heater from the network for maintenance, repair or replacement. Some models have a third terminal for comfortable emptying. Otherwise it is done by hand lever on the safety valve.

Пристрій і принцип дії накопичувального водонагрівача

Пристрій накопичувального водонагрівача дозволило йому стати одним з найпопулярніших способів отримання гарячої води в побуті.

електричний бойлер

Водонагрівачі поділяють на два типи: газові та електричні.

Монтаж накопичувального водонагрівача зазвичай не вимагає внесення великих змін в мережу водопостачання, прокладки окремих ліній електропостачання та отримання дозволу на установку. Досить вибрати відповідний вам за параметрами прилад, встановити його на стіну або підлогу і підключити до внутрішньобудинкових мереж.

конструктивні елементи

структура бойлера

Структура бойлера.

Будь-накопичувальний водонагрівач, або, як його ще називають, бойлер, складається з наступних основних елементів:

  • теплоізольований бак;
  • нагрівальний елемент;
  • терморегулятор;
  • корпус електроустаткування з панеллю керування;
  • індикатори режимів роботи і термометр;
  • трубка забору гарячої води;
  • магнієвий електрод;
  • рассекатель для холодної води;
  • різьбові висновки для підключення до мережі холодного водопостачання та сантехнічних приладів;
  • запірна і запобіжна арматура;
  • мережу електроживлення;
  • перемикачі;
  • кріпильні лапи або опорні елементи.

Принцип дії

Принцип дії бойлера досить простий. Холодна вода подається в теплоизолированную ємність водонагрівача знизу. Її потік прямує за допомогою розсікача так, щоб він вимив нагрівальний елемент і не змішувався з встановленими вище шарами нагрітої води.

В результаті розподілу потоків і конвекції гаряча вода збирається у верхній частині ємності бойлера циліндричної або - для компактних моделей - злегка плескатої форми.

Схема установки бойлера

Схема установки бойлера.

Туди ж виведена трубка забору гарячої води. Коли кран на сантехнічному приладі відкривається, утворюється різниця тисків, і гаряча вода витісняється з ємності в огорожну трубку знову надходить холодною водою.

Коли кран на сантехнічному приладі закритий, вода в ємності водонагрівача не оновлюється. При цьому здійснюється її поступовий нагрів до заданої температури. Температуру нагрівання задає користувач рукояткою терморегулятора. Цей прилад за допомогою спеціального датчика вимірює температуру води в режимі реального часу. Він подає електроживлення на нагрівальний елемент, поки необхідна температура не досягнута, і знімає його після досягнення заданого значення.

Щоб вода з ємності не могла витекти назад в систему при відсутності подачі в бойлер холодної води, на вході в водонагрівач встановлюється зворотний клапан. Він пропускає воду тільки в одному напрямку - в ємність електроводонагрівача.

Забезпечення безпечної експлуатації

Схема підключення бойлера

Схема підключення бойлера.

Трубка забору гарячої води трохи не доходить до верхньої частини ємності. Це потрібно для створення демпфирующей повітряної подушки. Вода в рідкому стані не стискається, і при нагріванні вона має властивість розширюватися. Якби вона заповнювала весь обсяг бойлера, то в процесі розширення неминуче зруйнувала б його. Повітряна подушка в верхній частині ємності, стискаючись, компенсує розширення води, і тиск усередині ємкості залишається в допустимих межах.

Для запобігання руйнуванню бойлера надлишковим тиском нагрітої води в його конструкції є ще одне захисний пристрій. Між зворотним клапаном і ємністю встановлюється запобіжний клапан. При перевищенні допустимого тиску він відкривається і скидає надлишок води в атмосферу до нормалізації тиску. Поріг спрацьовування цього клапана задається жорсткістю попередньо стиснутої пружини і зазвичай становить від 5,5 до 7,5 бар. Ємності бойлерів хорошої якості розраховують на роботу при тиску до 9 бар. В результаті запобіжний клапан забезпечує безпечну експлуатацію водонагрівача.

Скидний вихід запобіжного клапана більшість користувачів за допомогою шланга відповідного діаметру підключають до системи каналізації. Інакше вода з нього буде капати на підлогу.

Для кожного накопичувального водонагрівача виробником встановлюється допустимий тиск вхідної холодної води. Воно зазвичай не повинна перевищувати 2,5-3,5 бар. Якщо ваша мережа експлуатується з великим тиском, належить на вході в водонагрівач встановлювати автоматичний регулятор тиску. Якщо цього не зробити, запобіжний клапан більшу частину часу буде відкритий, і ви отримаєте значну витік води.

Крім захисту від надлишкового тиску виробники електроводонагрівачі піклуються про електробезпеки своїх приладів. Будь-бойлер розрахований на експлуатацію в електромережі із заземлювальним проводом. Захист від перепадів напруги і короткого замикання забезпечується за допомогою підключення водонагрівача через автоматичний вимикач. Захист від струмів витоку забезпечує включення в схему пристрою захисного відключення (УЗО).

Захист від корозії

Схема бойлера непрямого нагріву

Схема бойлера непрямого нагріву.

Ємності водонагрівачів виготовляють з тонкостінного сталевого листа. При цьому вони повинні бути досить міцними і витримувати значний надмірний тиск нагрітої води. Для нового бака це не є проблемою. Для ємностей водонагрівачів характерна робота в умовах гальванічного та електролітичної корозії. В результаті з часом міцність стінок бака і зварних швів знижується, що може призвести до руйнування ємності.

Виробники намагаються продовжити термін служби баків шляхом нанесення на внутрішню поверхню стінок ємності захисних покриттів, це можуть бути, що містять цинк покриття, різні емалі, крім того, бак може бути виготовлений з нержавіючої сталі. Але навіть в останньому випадку важко забезпечити збереження антикорозійних властивостей для зварних швів, адже під час зварювальних робіт частина легуючих добавок губляться, і шви все одно іржавіють. Застосування спеціальних методів зварювання сильно здорожує виріб, тому частіше виробники обходяться без них.

Додатковим захистом від корозії є введення в конструкцію водонагрівача магнієвого електрода. Електродний потенціал магнію більше аналогічного показника заліза і міді. В результаті жертовний магнієвий електрод поступово розчиняється, а сталеві елементи і елементи з сплавів міді відновлюються. Магнієвий електрод є змінною деталлю.

Захист від накипу

Нагрівальні елементи водонагрівачів, які, як правило, виконуються у вигляді трубчастих електронагрівачів, контактують з жорсткою водопровідною водою. У зоні контакту води з нагрівальними елементами досягаються високі температури. При таких умовах з води випадають у вигляді накипу солі жорсткості. Вони погіршують теплопередачу від нагрівальних елементів до води. В результаті Тени перегріваються і руйнуються.

Для захисту від цього явища в сучасних бойлерах Тени поміщають в захисні колби, їх називають сухими. Для зменшення утворення накипу не рекомендується виставляти температуру нагрівання води вище 55 ° С. Це граничне значення, після якого випадання накипу значно інтенсифікується. Це також знижує ймовірність опіків.

теплоізоляція ємності

Якісна теплоізоляція дозволяє воді всередині ємності бойлера охолоджуватися всього на кілька градусів на добу. В якості теплоізоляційних матеріалів зараз застосовують скловолокно, пінополістирол, пінополіуретан.

додаткові пристрої

Щоб користувач міг оцінити поточну температуру води в бойлері, ці вироби забезпечуються термометрами з електронними або стрілочними покажчиками.

Поточні режими роботи відображаються світлодіодними індикаторами. Для раціонального використання електричної енергії деякі моделі забезпечуються двома ТЕНами, які можуть включатися окремо.

Водонагрівач підключається до мережі водопостачання через запірну арматуру. Це дозволяє від'єднати нагрівач від мережі для обслуговування, ремонту або заміни. Деякі моделі мають третій висновок для комфортного спустошення. В іншому випадку це роблять за допомогою ручного приводу на запобіжному крані.


» » » Устройство и принцип действия накопительного водонагревателя