Конструкція бойлера, його елементи та пристрої, Тепломонстр
Конструкція бойлера є рядом узгоджено працюючих пристроїв. Метою їхньої експлуатації є отримання гарячої води певного обсягу. Головними відмінними рисами конструкції нагрівачів є спосіб проходження води - накопичувальний або проточний. У накопичувальних електричних водонагрівачах, повсюдно званих бойлерами, вода набирається (накопичується) в баку певного об'єму, і протягом кількох годин нагрівається до заданої в регулюванні температури.
1. Схема пристрою накопичувального нагрівача.
У міру витрат гарячої в бак надходить холодна вода, для підігріву якої автоматично включаються нагрівальні елементи. Коли гаряча вода витрачена повністю, наступна партія підігрітої рідини буде готова через 2-3 або 4 години (залежно від обсягу). Цього недоліку позбавлені проточних конструкцій нагрівачів води. Вони нагрівається потік води і відразу подається до гарячого крана. У такій системі водопостачання гарячу воду можна отримати цілодобово, без перерв для нагрівання.
Недоліком проточних водонагрівачів є велика витрата електрики під час їх роботи.
Схема пристрою накопичувального водонагрівача – бойлера
Накопичувальний водонагрівач (бойлер) зовні має вигляд закритої ємності, найчастіше циліндричної форми. Під зовнішнім декоративним покриттям знаходиться накопичувальний бак, в який набирається вода для нагріву. Між баком та покриттям знаходиться утеплювач, що обмежує втрати тепла від нагрітої води.
2. Схема проточного нагрівача.
Надходження холодної води в ємність бака відбувається по холодній трубі, що входить, в його нижню частину. Усередині бойлера розташований нагрівальнийелемент, який працює за принципом окропу: гріється сам і тому гріє воду навколо себе. Нагріта рідина забирається з верхньої частини бака (тепла і гаряча вода легша, вона піднімається нагору, тому її паркан повинен проводитися вгорі). Найчастіше вихід гарячої труби розташовується внизу, тобто труба забирає воду у верхній частині бака і через бак опускає її вниз, розташованого там виходу.
Усередині водонагрівача встановлюється термопара, яка автоматично вмикає та вимикає нагрівання (роботу нагрівального елемента) залежно від температури води у баку. Значення температури, при якому нагрівач знеструмлюється і перестає гріти простір навколо себе, виставляється на регулювальному термостаті, розташованому, як правило, в нижній частині бойлера, що має ручки установки рівня температури зовні бака.
Часто в конструкції водонагрівача встановлюється відвідник повітря (у верхній частині накопичувальної ємності). Його призначення - випускати (травлювати) тиск, що утворюється при нагріванні води в закритому обсязі. Відведення повітря працює в ручному режимі, тобто не сам по собі автоматично, а тільки в присутності людини, її руками.
Обов'язковим додатковим елементом конструкції водонагрівача є запобіжний (або аварійний) клапан. Це – автоматичний наповнювач зайвого тиску. Його розташовують на холодній вхідній трубі.
Схема підключення накопичувального водонагрівача.
Пристрій запобіжного клапана забезпечує прокопування та просочування води зі збільшенням тиску понад 7 атмосфер. Для зручності користування аварійний клапан забезпечується шлангочкою, що виводить воду в підставлену поряд ємність або безпосередньо в раковину (ванну, унітаз).
Для зручностіпроведення профілактичних робіт, ремонту на виході води з бака встановлюється злив.
Схема пристрою накопичувального нагрівача наведена на зображенні 1 де його внутрішнє будова наведено в розрізі.
Всі перераховані вище елементи можуть бути виконані з різних матеріалів, з різними характеристиками довговічності, надійності та вартості. Різноманітність конструктивних елементів формує широкий вибір конструкцій накопичувальних бойлерів.
Елементи накопичувального водонагрівача
Бак – накопичувальна ємність
Найбільш поширена форма накопичувальної ємності бойлера – циліндр – пов'язана з мінімалізація теплових втрат. У кулі тепловтрати найменші, у циліндра більше, ніж у кулі, у паралелограма максимально можливі.
Матеріал виготовлення бака в бойлері – метал. У найдешевших варіантах водонагрівачів ємність виготовляють із звичайної сталі. Протягом двох-трьох років такий бак дає текти та потребує ремонту. Покриття внутрішньої поверхні нагрівальної ємності шаром титану чи нержавіючої сталі значно збільшує термін експлуатації. Найбільша довговічність (до 7 років) буде у нагрівача з баком, повністю виконаним з нержавіючої сталі (або титану). За вартістю такі бойлери будуть найдорожчими.
Металева стінка нагрівальної ємності зовні захищається шаром утеплювача, виконаним із пінопласту або монтажної піни товщиною 2-2,5 см. Усю конструкцію зовні закриває зовнішній шар із вінілу або металу. Для зменшення корозії внутрішньої поверхні металевого бака в ємність встановлюється анод із магнію, який активніше заліза і тому реагує та корозує першим. Зруйнований анод через один-півтора року замінюють новим. Таким чином, можна продовжити термін служби металевогобака.
ТЕН – нагрівальний елемент
ТЕН (трубчастий електричний нагрівач) - являє собою металеву вигнуту трубку з міді з електричним проводом, що розташований всередині неї. При проходженні струму нитка дроту нагрівається та передає тепло (гріє) металевий корпус-трубку. Трубка, своєю чергою, гріє воду у водонагрівачі. Принципово відрізняються так звані мокрі та сухі ТЕНи. Мокрий ТЕН занурений безпосередньо в рідину і гріє через прямий контакт поверхні з водою. Сухий ТЕН захищений додатковим корпусом-колбою, безпосередньо з рідиною не контактує, тому довговічніший. Простір колби може бути заповнений олією або кварцовим піском.
Термопара – елемент безпеки
Схема різних видів термопар.
Термопара призначена для автоматичного блокування роботи нагрівального елемента при досягненні рідини всередині бака певної заданої температури. Це один із головних елементів безпечної експлуатації водонагрівача.
Термопара є конструкцією, що складається з двох провідників різного опору, в яких при зміні температури змінюється опір матеріалу. За фактом зміни сили струму (при зміні опору матеріалу сила струму змінюється) термопара блокує подачу напруги на нагрівальний елемент.
Пристрій термопари розташовується у верхній, гарячій частині бойлера (за фізичними законами нагріта вода піднімається вгору).
Запобіжний клапан
Друга назва – аварійна. Він починає працювати тоді, коли зламалася і перестала функціонувати термопара. Нескінченне нагрівання води веде до збільшення тиску всередині бака. Запобіжний клапан, встановлений на вході, маєсвоєї конструкції пружину, що витримує тиск близько 7 атмосфер. При перевищенні заданого значення тиску пружина стискається та відкриває доступ до зливного отвору. З витіканням гарячої води тиск усередині металевої ємності бака зменшується, зменшуючи небезпеку розриву бойлера (вибуху водонагрівача).
Схема пристрою проточного нагрівача
Проточні водонагрівачі різних конструкцій видають різну кількість гарячої води. Нагрівач потужністю 1,5 літра води за хвилину призначений для кухонного використання, для миття посуду. Виробнича потужність 3 літри за хвилину дозволяє прийняти душ. Проточні водонагрівачі вимагають досить великої потужності, прокладання надійного кабелю. Для роботи в режимі 3 літри за хвилину потрібно 7,5 кВт електрики за годину.
Проточне нагрівання води виконується наступним чином. Спочатку холодна вода, що надходить, проходить через електронний пристрій, де вирівнюються її тиск, насичення повітрям, швидкість потоку. Після електронного пристрою потік рухається теплообмінник, де нагрівається ТЕНом, і надходить на вихід.
Запобіжним пристроєм проточних видах нагрівачів є датчик тиску. При зупинці подачі води (закрили кран, утворилася повітряна пробка, низький тиск у водопроводі) відбувається падіння значення тиску рідини. Датчик автоматично вимикає роботу нагрівальних елементів. Схему пристрою проточного нагрівання води наведено на зображенні 2.
Конструкції водонагрівачів складаються з ряду елементів та пристроїв. Безперебійна робота кожного з них формує злагоджену роботу водонагрівача.