Водонагреватель, выполненный из стойкой к давлению пластмассы - RU2193146C2
Код документа: RU2193146C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к устройствам для нагревания воды, или водонагревателям, преимущественно к электрическим водонагревателям, в особенности к выполненным из пластмассы.
Водонагреватели указанного типа обычно изготовляют из пластмассы, чтобы избежать недостатков традиционных устройств, содержащих металлические баки, которые должны быть выполнены антикоррозийными.
В ЕР-А-0674139 описан водонагреватель, полученный соединением двух оболочек из одной пластмассы, в частности полипропилена.
В FR-A-2620803 описан водонагреватель с оболочкой из теплоизолирующего вспененного материала, покрытой рубашкой из полиуретановой пены.
Все указанные известные водонагреватели имеют малую емкость и не могут выдерживать высоких давлений, например рабочих давлений порядка 8 бар, при температурах до 90-100oС. Однако они могут выдерживать пиковые давления по меньшей мере 16 бар, как требуется по действующим отраслевым техническим условиям. Кроме того, водонагреватели известного типа должны выполняться с довольно толстыми слоями из изолирующего вспененного материала во избежание быстрой отдачи тепла в окружающее пространство.
Целью изобретения является устранение недостатков известных устройств и создание водонагревателя, в котором конструктивные характеристики двух полуоболочек и способ их соединения, а также материалы, из которых они выполнены, обеспечивают высокое механическое сопротивление и надежность во времени, в том числе при действии высоких давлений.
Другой целью изобретения является создание водонагревателя, который не нуждается в дополнительном изолирующем слое, кроме оболочек.
Следующей целью изобретения является создание водонагревателя, материал которого может использоваться повторно и элементы которого выполнены из хорошо совместимых пластмасс.
Еще одной целью изобретения является создание водонагревателя, простого и дешевого в изготовлении.
Для достижения указанных целей предложен водонагреватель типа описанного во вводной части настоящего описания, имеющий признаки, указанные в формуле изобретения.
Другие признаки и преимущества изобретения будут более понятны из подробного
описания предпочтительного варианта его осуществления, приведенного в качестве примера, не ограничивающего объем изобретения, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1
схематично изображает разрез водонагревателя согласно изобретению;
фиг.2 - вид сбоку, с частичным разрезом, одной из двух полуоболочек водонагревателя на фиг.1 и
фиг.3 - сечение в
увеличенном масштабе кромок двух полуоболочек, которые расположены рядом друг с другом перед их соединением.
Показанный на фиг. 1 водонагреватель 1, выполненный из пластмассы, стойкой к относительно высоким давлениям, содержит основной корпус 2, состоящий из двух полуоболочек 2а, 2b и имеющий отверстие 5 для введения электрического нагревательного элемента 3, прикрепленного к фланцу 4, закрывающему отверстие 5 в одной из полуоболочек 2а. Каждая полуоболочка имеет периферийную кромку 9 с соединительным средством 10а и 10b, которое может соединяться с соединительным средством другой полуоболочки с образованием полосы с более высоким сопротивлением, и радиально усиливающие элементы 8, которые проходят от каждой периферийной кромки 9 и сходятся в центральной области каждой полуоболочки. Радиально усиливающие элементы представляют собой ребра, выступающие внутрь каждой полуоболочки.
В основной корпус входят трубки 6, выполненные из пластмассы для ввода и вывода воды в водонагреватель 1 и из него. Основной корпус 2 окружен наружным кожухом 7, выполненным из термопластичного материала и который имеет в основном эстетическое назначение и отделен от корпуса воздушным промежутком.
Как видно на фиг.2, каждая полуоболочка 2а, 2b имеет форму сплющенной чаши и целиком усилена множеством радиальных ребер 8. По периферии 9 каждой полуоболочки выполнены соединительные пояса (соединительные средства) 10а, 10b, дополняющие друг друга, для вхождения одного в другой, как лучше видно на фиг. 3. В предпочтительном варианте осуществления изобретения соединительный пояс 10b имеет канавку 11, в которой может находиться кольцо 12 из соединительного (сварочного) материала для скрепления полуоболочек 2а, 2b с образованием основного корпуса 2. В частности, соединительные пояса 10а, 10b совместно образуют кольцевой выступ из пластмассы, толщина которого больше средней толщины полуоболочки.
Полуоболочки 2а, 2b выполнены из термопластичного материала, обеспечивающего высокое механическое сопротивление и низкую теплопередачу основного корпуса 2. Термопластичный материал, из которого выполнен водонагреватель 1, может полностью использоваться повторно после снятия его фланца 4, несущего электронагревательный элемент 3. С этой целью трубки 6 также могут быть выполнены из термопластичного или термореактивного материала. В последнем случае хотя сам материал трубки 6 нельзя использовать повторно, но можно размолоть трубки в процессе переработки вместе с основным корпусом, и куски материала трубки будут оставаться в качестве наполнителя в повторно используемом термопластичном материале, из которого были выполнены полуоболочки.
Водонагреватель может содержать тонкий слой пластмассы для покрытия основного корпуса, нанесенный посредством обмотки или совместной экструзией.
По второму варианту изобретения водонагреватель выполнен из
пластмассы и содержит основной корпус 2, включающий две полуоболочки 2а и 2b, сваренные с образованием тела, стойкого к температуре и давлению, причем водонагреватель содержит также наружный кожух 7.
Две полуоболочки и наружный кожух выполнен из совместимых и пригодных к повторному использованию термопластичных материалов, отсортированных из одной совокупности в следующие группы:
Группа А
- полуоболочки выполнены из смеси простого полифенилового эфира и полистирола (РРЕ), усиленной стекловолокном, наружный кожух выполнен из полистирола (PS) (с минеральными наполнителями), а возможный
изолирующий слой выполнен из вспененного полистирола (EPS);
Группа В - полуоболочки выполнены из смеси простого полифенилового эфира (PPE) и полиамида 6/6 (PA 6/6), усиленной стекловолокном,
наружный кожух выполнен из полиамида 6/6 (PA 6/6) (с минеральными наполнителями), а возможный изолирующий слой - из вспененного полиамида 6/6 (ЕРА 6/6);
Группа С - оболочка выполнена из смеси
простого полифенилового эфира (РРЕ) и полибутилентерефталата (РВТ), усиленной стекловолокном, наружный кожух выполнен из полибутилентерефталата (РВТ) (с минеральными наполнителями), а возможный
изолирующий слой - из вспененного полибутилентерефталата (ЕРВТ);
Группа D - оболочка выполнена из полиамида 6/6 (PA 6/6), усиленного стекловолокном, наружный кожух выполнен из полиамида 6/6
(PA 6/6/) (с минеральными наполнителями), а возможный изолирующий слой - из вспененного полиамида 6/6 (ЕРА 6/6);
Группа Е - оболочка выполнена из полиэтилентерефталата (PET), усиленного
стекловолокном в количестве 30% или более, наружный кожух выполнен из полиэтилентерефталата (PET) (с минеральными наполнителями), а возможный изолирующий слой выполнен из вспененного
полиэтилентерефталата (ЕРЕТ);
Группа F - оболочка выполнена из полипропилена (РР), усиленного стекловолокном в количестве 30% или более, наружный кожух выполнен из полипропилена (РР) (с
минеральными наполнителями), а возможный изолирующий слой - из вспененного полипропилена (ЕРР).
Последняя группа материалов, в частности, используется для изготовления водонагревателей низшего класса, которые подвергаются рабочим давлениям более 3-4 бар.
Перечислены материалы, которые особенно подходят для изготовления предлагаемого водонагревателя благодаря их способности легко обрабатываться при температурах, превышающих максимальные рабочие температуры водонагревателя (около 90-100oС), высокому сопротивлению в эксплуатации, низкой водопроницаемости и тому, что температуры их перехода в стеклообразное состояние выше, по меньшей мере на 50oС, рабочих температур.
Например, было установлено, что простой полифениловый эфир/полифениленоксид (РРЕ/РРО) позволяет связывать, при различных процентных содержаниях, такие материалы, как полистирол (PS), полиамиды (РА), полибутилентерефталата (РВТ), простые полиакрилкетоновые эфиры (РЕК) с образованием сплавов, поддающихся обработке при температурах, намного превышающих типичные рабочие температуры водонагревателей, равные 90-100oС. Некоторые из материалов, которые поддаются соответствующей обработке и имеют хорошее сопротивление, рассмотрены ниже.
Смеси простого полифенилового эфира (РРЕ) и полистирола (PS) хорошо обрабатываются и стойки к окислительной деградации.
Наличие полистирола может в некоторых случаях вызвать появление трещин из-за напряжений, чего можно избежать, если полистирол берется в соответствующем процентном отношении. С этой точки зрения лучшие характеристики имеют смеси высушенного простого полифенилового эфира с полиамидом 6.6 (РРЕ/РА 6.6) или смеси простого полифенилового эфира с полибутилентерефталатом (РРЕ/РВТ). Эти смеси имеют большее, чем простой полифениловый эфир (РРЕ), сопротивление возникновению трещин от внутренних напряжений, которые могут вызвать разлом в случае повторяющихся и циклических нагрузок, которые должны быть учтены.
Поэтому указанные смеси являются наиболее подходящими для изготовления водонагревателя согласно настоящему изобретению.
Использование названных выше материалов позволяет достичь указанных целей, когда они содержат стекловолокно в количестве 30% или выше в зависимости от смесей и типа полимера, который они содержат.
Кроме того, наличие стекловолокна уменьшает водопоглощение до насыщения пластмассы, которое обычно ниже чем приблизительно 3%.
Главной особенностью изобретения является совместимость материалов, из которых выполнены составляющие части водонагревателя. В частности, было установлено, что хорошую совместимость имеют следующие группы материалов для изготовления оболочки (которая должна выдерживать температуру и давление) наружного кожуха 7 (который должен быть легким, дешевым и простым в изготовлении) и возможного изолирующего слоя (не показан), расположенного между оболочкой и наружным кожухом.
Поэтому в водонагревателе выполненные из пластмассы полуоболочки содержат стекловолокно в количестве 30% и более.
Кроме того, полуоболочки при работе подвергаются рабочим давлениям приблизительно 8 бар и температурам до 100oС, причем полуоболочки выдерживают давление 16 бар при рабочем давлении и выполнены из материала, выбранного из группы, содержащей смесь простого полифенилового эфира (РРЕ) и полистирола (PS), усиленную стекловолокном, смесь простого полифенилового эфира (РРЕ) и полиамида 6/6 (PA 6/6), усиленную стекловолокном, смесь простого полифенилового эфира (РРЕ) и полибутилентерефталата (РВТ), усиленную стекловолокном, полиамид 6/6 (PA 6/6), усиленный стекловолокном.
Кроме того, в водонагревателе, выполненном из пластмассы, количество стекловолокна равно или превышает 30%.
Теплоизолирующий слой, который может быть
размещен между полуоболочками и наружным кожухом, может быть выполнен из вспененного полимера, совместимого с материалами, образующими оболочку и наружный кожух. Как альтернатива, изолирующий материал
образован термоформованным слоем, который, представляя собой сначала плоскую заготовку, обматывается вокруг оболочки водонагревателя. Другие варианты осуществления изолирующего слоя
предусматривают:
- спеченный слой со вспененными гранулами,
- отлитый под давлением слой со вспениванием в литейной форме, имеющий форму, подходящую для покрытия оболочки,
- или вспененный слой, полученный совместной экструзией, нанесенный внутри или снаружи оболочки с помощью линий печатного контакта известного типа с двумя экструдерами.
Так как технополимеры, т.е. смеси полимеров, используемые для изготовления оболочки, являются ценными материалами высокого качества, желательно использовать их повторно для изготовления новых изделий. Возможность полного повторного использования обеспечивается совместимостью материалов, из которых выполнены остальные элементы водонагревателя, как указано в перечисленных выше группах.
Поэтому для улучшения изолирующих свойств основного корпуса 2 для каждой полуоболочки 2а, 2b может быть предусмотрен наружный слой, выполненный известными методами совместной экструзии или путем обмотки поверхностей полуоболочек 2а, 2b.
Специальная форма соединительных поясов 10а, 10b позволяет, после того как они спаяны друг с другом методами, известными в технологии пластмасс, выполнить пайку между двумя полуоболочками 2а, 2b, обеспечивая сопротивление деформациям, вызываемым давлением внутри водонагревателя.
В следующем варианте выполнения описанного выше водонагревателя две полуоболочки 2а, 2b отделены одна от другой трубчатой лентой, противоположные круглые края которой содержат соединительные пояса, аналогичные соединительным поясам 10а, 10b полуоболочек 2а, 2b, так что их можно спаять с концами трубчатой ленты, получая при этом водонагреватели различной емкости, между тем как полуоболочки имеют одинаковые размеры.
Очевидно, что на основе принципа настоящего изобретения можно получить различные варианты его осуществления, а различные элементы конструкции могут отличаться от рассмотренных выше при условии, что изменения не выходят за пределы объема изобретения.
Реферат
Изобретение относится к устройствам для нагрева воды и может использоваться в электрических водонагревателях. Водонагреватель, выполненный из пластмассы, содержит наружный кожух 7 и основной корпус 2, включающий две полуоболочки 2а, 2b, спаянные друг с другом с образованием тела, которое может выдерживать температуру и давление. Полуоболочки 2а, 2b, каждая из которых снабжена радиальными усиливающими элементами 8, и наружный кожух 7 выполнены из совместимых и пригодных к повторному использованию термопластичных материалов, в особенности смесей полимеров, усиленных стекловолокном, предпочтительно в количестве 30% или выше. Такое выполнение водонагревателя обеспечивает высокое механическое сопротивление и надежность в работе при высоком давлении. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 3 ил.
