Конструкція водонагрівача: як влаштований бойлер?

Електричний накопичувальний водонагрівач, званий бойлер, в своєму пристрої обєднує літній душ і традиційний кипятильник.

Ємність бойлера служить накопичувачем води і місцем її нагрівання. Нагрівальний елемент є постійним джерелом теплової енергії. Доповненням нагрівача і бака є система забезпечення безпеки - термопара і аварійний клапан. Зрозуміти, як влаштований бойлер, допоможе докладний опис його конструкції.

Конструкція накопичувального водонагрівача

Бак або накопичувальна ємність

Електричний накопичувальний водонагрівач зовні схожий на циліндр. Циліндрична форма бойлера вибрана не випадково. Така геометрія повязана з розрахунками кількості теплових втрат через поверхню різних предметів. Чим більше площа поверхні, тим сильніше втрати тепла. конструкція водонагрівача повинна якомога довше зберігати тепло нагрітої води. Виробництво нагрівача сферичної форми недоцільно з точки зору економії внутрішнього простору ванни або кухні. Тому форма циліндра виявилася «золотою серединою», що поєднує в собі економію втрат тепла і оптимізацію займаного простору.

Матеріал виготовлення бака - метал. У дешевших бойлерах бак зварюється зі звичайної сталі, в більш дорогих - з нержавіючої, стійкою до руйнування від корозії. Для збільшення корозійної стійкості, особливо в місцях зварювання, на внутрішню поверхню накопичувального бака наносять захисний шар. Це може бути цинк або емаль. Шар цинку товщиною до 100 мікрон утворюється при зануренні бака майбутнього нагрівача в цинковий розплав і витримці в ньому при температурі + 450 C. Стеклоемаль наноситься на внутрішню поверхню бака після його зварювання і обпалюється при + 800 C. Перераховані поверхні - оцинкування, стеклоемаль, нержавіюча сталь - по прийнятим стандартам визнаються придатними для використання в якості ємності для питної води.

Додатковий захист від корозії здійснюється анодно-катодних методом. У баку водонагрівача встановлюється анод з магнію, який є більш активним елементом таблиці активностей металів в порівнянні з залізом бака. Анодний процес полягає в розчиненні металу анода, а катодний - в накопиченні розчиненої речовини на поверхні катода. Магній стає анодом, який розчиняється першим. Поки в системі буде зберігатися анод з магнію, до тих пір залізо бака не вступатиме в реакцію і розчинятися. Так працює анодная захист водонагрівача. На зображенні 2 наведено приклад розчинення анода протягом першого року експлуатації.

Якість зварювання забезпечує необхідну міцність, здатність бака тривало стримувати внутрішнє робоче тиск від 6 до 8 атмосфер.

Зовні бак водонагрівача покритий утеплювачем, який попереджає втрати тепла. Завдяки изолирующему шару тепло всередині бака тривало зберігається. Нагріта вода консервується всередині бойлера і зберігається до використання. При цьому охолодження гарячої води відбувається гранично повільно, при охолодженні автоматично включається підігрів, і температура води знову відновлюється до заданого рівня. Матеріалом теплоизолятора найчастіше використовується пінополіуретан. зображення 3

Вся конструкція зовні укладена в кожух - циліндричний декоративний матеріал, що закриває собою бак. Його часто помилково називають безпосередньо баком, хоча це - лише декоративне покриття захисного шару. Матеріал покриття - пластик (вініл).

Як влаштований бойлер всередині?

ТЕН - трубчастий нагрівач

Усередині бойлера розташований головний функціональний елемент бойлера - ТЕН. Абревіатура ТЕН розшифровується як «трубчастий електричний нагрівач». Конструкція Тена складається з вигнутою сталевої трубки, усередині якої розташований нагрівальний елемент - спіральний дріт. При проходженні по ньому електричного струму провід нагрівається і починає випромінювати тепло. Форма ТЕНів всередині бака повинна забезпечити максимально ефективний нагрів води. У невеликих конструкціях досить прямолінійного нагрівального елементу. Для баків ємністю 80-100 л необхідний змієподібний нагрівач або трубка в формі витягнутої дуги, дуги з додатковим кільцем, спіралі або трубка з ребрами для збільшення площі поверхні. Додаткові вигини збільшують розмір робочої поверхні Тена при збереженні компактних розмірів і прискорюють нагрів. Блок-Тени складаються з декількох трубчастих нагрівачів і встановлюються в промислових баках водного нагріву. зображення 4

Нагрівальний елемент розташовується в нижній придонному частини бака. Це забезпечує постійний природний струм води знизу вгору при її нагріві. Нагріта вода піднімається вгору завдяки меншій вазі, своєю відносною легкості. На її місце опускається холодна вода.

Матеріал виготовлення корпусу Тена - нержавіюча сталь (для високих робочих температур) і вуглецева сталь (для температур до 450 C). Провід виконують з нихромовой нитки. Головна вимога до матеріалу дроти - велике питомий електричний опір. Якщо дана характеристика досить висока, провід буде значно нагріватися при проходженні електричного струму.

Спіральний нагрівальний елемент занурений в наповнювач всередині трубки. Головні характеристики наповнювача - велика теплопровідність і надійна електроізоляція. Матеріал наповнювача (периклаз) забезпечує електробезпека і нагрів води.

Часто нагрівач і анод розташовуються на одній плоскій підставці, що вставляється в бак з боку днища. Для ремонту або заміни підставка з Теном і анодом виймається з бака, нагрівальний і захисний елементи чистяться від відкладень, візуально оцінюються на цілісність, при необхідності замінюються новими і встановлюються назад в бак. зображення 5

Термопара бойлера - перша ланка безпеки

Пристрій, що забезпечує вимір температури води в баку і автоматичне відключення нагріву. Це перший запобіжний прилад, що забезпечує постійну безпеку в роботі бойлера. Конструкція термопари складається з двох проводів різнорідних металів, спаяних разом. Вимірювання рівня електричної напруги в термопарі показує температурне значення води.

Теоретично воду в баку можна нагріти майже до кипіння, до + 95 C. У реальності максимальна температура нагріву води в баку встановлюється регулятором нагріву в значенні + 85 C для попередження газоутворення при закипанні води. Термопара при досягненні заданого значення дасть електричний сигнал до нагрівальних елементів, і нагрів буде вимкнено.

Чим небезпечний перегрів? При перегрів вода закипає, утворює підвищений тиск, при цьому температура кипіння води збільшується більше ніж 100 C, тиск на стінки бака багаторазово зростає. Виникає загроза розриву бака - потужної аварії. Своєчасне відключення нагріву попереджає подібну аварійну ситуацію. У кращому випадку при перегріванні бойлера тиск може зірвати сполучні труби, в гіршому - розірвати бак.

Запобіжний клапан - друга ланка безпеки

Другим запобіжним пристроєм є запобіжний (або аварійний) клапан. Часто його конструкція включає в себе зворотний клапан, який необхідний для попередження самовільного виходячи гарячої води в холодний припливне водопровід. Якщо такий слив відбудеться, ТЕН виявиться в повітряному просторі і, продовжуючи нагрівання, перегорить. Зворотний і запобіжний клапани встановлюються в правильній послідовності на припливної трубі (вхід в бойлер). Близький до накопичувального баку - зворотний, за ним - запобіжний (аварійний). Будова клапанів схоже - всередині них знаходяться пружини, розраховані на певний тиск. При перевищенні тиску вони стискаються і пропускають через себе воду. Зворотний клапан розрахований на тиск 4 атмосфери.

Запобіжний підривної клапан вступає в роботу, коли зворотний вже виявився безсилий. Підривні клапани витримують тиск від 6 до 8 атмосфер і далі відкривають доступ до отвору, через яке гаряча вода починає прокопувати. При цьому знижується аварійне напруга і нормалізується безпеку ситуації. зображення 6

Третя ланка безпеки бойлера може бути спосіб приєднання труб до нагрівального бака. Використовується різьбове, зварне і пресоване зєднання. Різьбленням приєднують металеві труби, зварюванням - пластиковий матеріал (поліпропілен), опресуванням надягають сполучні фітинги на металопластик. З одного боку, пресоване зєднання по міцності поступається іншим зєднувальним конструкціям. З іншого боку, при можливій несправності запобіжного клапана металопластикових труб вирве з бойлера, і гаряча вода виллється на підлогу, ніж попередить вибух водонагрівача. У стандартному режимі роботи зрив металопластикових труб не відбувається, для його здійснення необхідно значне підвищення тиску в системі (до 6-8 атмосфер).

Металопластикове зєднання показано на зображенні 7.

Додаткові елементи - крани, показник температури

Отже, є бак (ємність для нагріву), є підвідні холодні труби та виводять гарячі, є ТЕН (гріє воду), є анод (відволікаючий на себе корозію), є група безпеки (термопара і запобіжний + зворотний клапан). Це основні конструктивні елементи будівлі бойлера. До них можуть бути додані деякі пристрої, що забезпечують додатковий комфорт користування водонагрівачем і його обслуговування. Показник температури нагріву води розташовується на лицьовій стороні бака для зручності огляду. Шланг для зливу води із запобіжного клапана. Два крана, що застосовуються для спуску води з бака водонагрівача: вхідний кран, розташований перед аварійним клапаном, необхідний для припинення подачі води у водонагрівач при проведенні ремонту. І кран для зливу гарячої води з бака (розташовується на що виводить трубі). Необхідність осушення бака виникає при проведенні огляду, заміни анода або при ремонті (заміні) нагріваючого елементу.

Пристрій електричного накопичувального водонагрівача складається з окремих елементів. Їх злагоджена робота забезпечує постійне гаряче водопостачання будинку і квартири, житлового або господарського приміщення.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!