PL77083B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: British Railways Board, Londyn (Wielka Bryta¬ nia) Elektrodowy element grzejny Przedmiotem wynalazku jest elektrodowy ele¬ ment grzejny. W elemencie takim woda lub inna ciecz przewodzaca jest ogrzewana pod wplywem przeplywu pradu elektrycznego pomiedzy dwoma elektrodami zanurzonymi w tej cieczy.W znanych elektrodowych elementach grzejnych jako jeden ze sposobów regulacji pradu przeply¬ wajacego pomiedzy elektrodami stosuje sie zmiane odleglosci pomiedzy nimi, przez co powieksza sie droga przebiegana przez prad w cieczy. Gdy sto¬ suje sie ten sposób regulacji, konieczne jest, aby jedna lub obie elektrody byly polaczone z zasila¬ czem za pomoca przewodu gietkiego lub przesuwa¬ nego, co jest niekorzystne.Celem wynalazku jest unikniecie tej niedogod¬ nosci.Wedlug wynalazku elektrodowy element grzejny zawiera dwie lub wiecej elektrod nieruchomych, polaczonych ze zródlem energii elektrycznej oraz jedna lub wiecej elektrod posrednich odizolowa¬ nych wzajemnie i od elektrod nieruchomych, przy czym kazda z elektrod posrednich jest umieszczo¬ na na drodze przeplywu pradu pomiedzy dwiema elektrodami doprowadzajacymi energie.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektrodowy element grzejny, w widoku perspektywicznym, fig. 2 — elektrodowy element grzejny z fig. 1, w przekroju poprzecz¬ nym, w którym pokazane jest jedno z wzajemnych 25 30 ustawien elektrod, fig. 3 — elektrodowy element grzejny z fig. 1, w przekroju poprzecznym, w któ¬ rym pokazano inne wzajemne ustawienie elektrod, fig. 4 — drugi przyklad wykonania elektrodowego elementu grzejnego, w przekroju podluznym, fig. 5 — trzeci przyklad wykonania elektrodowego elementu grzejnego, w przekroju podluznym, fig. 6 — czwarty przyklad wykonania elektrodowego elementu grzejnego, w przekroju podluznym, fig. 7 — piaty przyklad wykonania elektrodowego ele¬ mentu grzejnego, w przekroju podluznym.Element grzejny przedstawiony na fig. 1 zawiera obudowe 1 wyposazona we wlot 2 i wylot 3.Woda lub inna ciecz przewodzaca, która ma byc ogrzana wplywa do obudowy 1 przez wlot 2 i przechodzi osiowo wzdluz obudowy pomiedzy trze¬ ma zewnetrznymi elektrodami 4, 5 i 6 oraz trzema wewnetrznymi elektrodami posrednimi 7, 8 i 9, a nastepnie wyplywa z obudowy przez wylot 3.Trzy zewnetrzne elektrody 4, 5 i 6 sa od siebie oddzielone za pomoca izolujacych pasków 10, a kazda z tych trzech elektrod jest polaczona przez koncówke 11, przechodzaca przez sciane obudowy 1 z jedna faza zasilacza trójfazowego.Trzy wewnetrzne elektrody 7, 8 i 9 sa utrzymy¬ wane na izolujacym elektrycznie wsporniku 12.We wsporniku 12 sa wykonane szczeliny 13, które znajduja sie pomiedzy elektrodami 7, 8 i 9, dzieki czemu elektrody te sa od siebie izolowane. Do wkleslej powierzchni elektrod 4, 5 i 6 sa przymo- 77 08377 083 3 cowane paski 14 materialu izolujacego, które sie¬ gaja poprzez pierscieniowa szczeline pomiedzy elektrodami wewnetrznymi i zewnetrznymi i wcho¬ dza do szczelin 13.Zarówno wewnetrzne, jak i zewnetrzne elektro¬ dy maja postac scietego stozka, przy czym stozek utworzony przez elektrody wewnetrzne jest wspól¬ osiowy ze stozkiem tworzacym przez elektrody ze¬ wnetrzne. Wspornik 12 wewnetrznych elektrod ma swobode ruchu osiowego wewnatrz obudowy 1 wzgledem nieruchomych elektrod zewnetrznych, przez co * zmienia sie szerokosc przerwy pomiedzy elektrodami wewnetrznymi i zewnetrznymi, a tym samym zmienia sie równiez wydzielana moc ele¬ mentu grzejnego.Prad elektryczny doprowadzamy z jednej fazy zasilacza trójfazowego, polaczonej na przyklad z zewnetrzna elektroda 4 moze przeplywac przez przewodzaca ciecz pomiedzy elektrodami do kazdej z dwu elektrod wewnetrznych 7 i 8, a nastepnie z powrotem przez ciecz do kazdej z dwu elektrod zewnetrznych 5 i 6.W drugim przykladzie przedstawionym na fig. 3, izolujace paski 15 umieszczone pomiedzy zewnetrz¬ nymi elektrodami 4, 5 i 6 siegaja poprzez przerwe pomiedzy elektrodami wewnetrznymi i zewnetrz¬ nymi i stykaja sie, lecz nie wnikaja w powierzch¬ nie wewnetrznych elektrod posrednich 7, 8 i 9.Podobnie trzy wewnetrzne elektrody 7, 8 i 9 sa oddzielone izolujacymi paskami 16, które siegaja do elektrod zewnetrznych.W tym przykladzie wspornik 12 wewnetrznych elektrod posrednich jest zamocowany obrotowo wokól swej osi podluznej w taki sposób, ze po¬ wierzchnia kazdej z wewnetrznych elektrod po¬ srednich nie dzieli sie jednakowo pomiedzy dwie przylegajace do niej fazy zasilacza polaczone z elektrodami zewnetrznymi. Gdy elektrody sa usta¬ wione tak, jak to przedstawia fig. 3, na której .uwidoczniono sytuacje, w której równe czesci elektrod wewnetrznych sa ustawione naprzeciwko przylegajacych elektrod zewnetrznych, wówczas element grzejny zuzywa najwiecej energii elek¬ trycznej. W drugim polozeniu skrajnym, w którym element 12 jest obrócony tak, ze paski 15 i 16 sty¬ kaja sie ze soba, kazda z elektrod wewnetrznych znajduje sie naprzeciwko tylko jednej elektrody zewnetrznej, wskutek czego nie moze zachodzic przekazywanie energii pomiedzy przyleglymi elek¬ trodami zewnetrznymi za posrednictwem we¬ wnetrznej elektrody posredniej.W trakcie przeplywu wody pomiedzy elektroda¬ mi wewnetrznymi i zewnetrznymi jej temperatura, a stad i przewodnictwo wzrasta. W celu skompen¬ sowania tego zjawiska w przykladzie wykonania wedlug wynalazku najkorzystniej jest wykonac elektrody zewnetrzne i wewnetrzne w postaci stozków scietych, wskutek czego zmienia sie po¬ wierzchnia elektrod stykajacych sie z woda w trak¬ cie przeplywu wody, dzieki czemu utrzymuje sie zasadniczo stala wielkosc gestosci pradu plynacego przez elektrody.Na fig. 4 przedstawiono drugi przyklad urzadze¬ nia wedlug wynalazku, które zawiera izolowany zbiornik 17 o najkorzystniej kolowym przekroju 10 15 35 45 60 i wlocie — wylocie wody 18 umieszczonym w po¬ blizu dna. Na srodku dna zbiornika 17 znajduje sie kolowa elektroda 19, otoczona przez druga elektrode 20, majaca ksztalt pierscienia. Wspo¬ mniane dwie elektrody 19 i 20 sa polaczone z przeciwnymi biegunami zasilacza jednofazowego.Nad elektrodami mocy 19 i 20 znajduje sie ko¬ lowa elektroda posrednia 21, wyposazona w obwo- • dowy plywak 22 wykonany z materialu izolacyj¬ nego, takiego jak tworzywo sztuczne. Poczatkowo elektroda posrednia 21 lezy na elektrodach 19 i 20, w trakcie czego izolujacy material plywaka 22 oddziela od siebie elektrody i zapobiega zwarciu.Rura 24, dostarczajaca wode, polaczona z wlo¬ tem — wylotem 18 jest wyposazona w zawór dwupolozeniowy 23. Rura 24 jest równiez wypo¬ sazona w zawór 25 regulujacy przeplyw wody. wspólpracujacy z termostatem 26 umieszczonym wewnatrz zbiornika 17, co zostanie opisane poni¬ zej.W celu uruchomienia urzadzenia otwiera sie za¬ wór 23, dzieki czemu do zbiornika 17 wplywa zimna woda, a jednoczesnie przylacza sie zasilanie do elektrod 19 i 20. Zanim termostat 26 zamknie zawór przeplywowy 25 do wnetrza zbiornika 17 dostaje sie poczatkowa, niewielka ilosc wody. Ta niewielka objetosc wody zostaje bardzo szybko ogrzana przez przeplyw pradu pomiedzy elektro¬ dami 19 i 20, zarówno bezposrednio, jak i przez elektrode posrednia 21, przy czym poczatkowa objetosc wody jest zaledwie dostateczna, aby ply¬ wala na niej elektroda posrednia 21.Gdy temperatura wody osiagnie ustalona tempe¬ rature pracy termostatu 26 otwiera on zawór przeplywowy 25 i wpuszcza wiecej wody, która miesza sie w zbiorniku 17 z woda ogrzana dopóki temperatura nie spadnie ponizej temperatury pra¬ cy termostatu 26, który zamyka wówczas znowu zawór 25. Ta powiekszona objetosc wody jest ogrzewana przez przeplyw pradu pomiedzy elek¬ trodami mocy 19 i 20 dopóki jej temperatura nie wzrosnie znów do temperatury pracy termostatu 26, po czym jak uprzednio zostaje znów wpuszczo¬ na woda zimna. Zbiornik 17 napelnia sie w ten sposób stopniowo woda o pozadanej wysokiej temperaturze lub zblizonej do niej, w której ma ona wyzsze przewodnictwo, niz gdy jest zimna, co jest dogodne ze wzgledu na mniejsze zuzycie ener¬ gii elektrycznej.Gdy woda osiaga wierzch zbiornika 17, doplyw pradu i wody zostaja automatycznie wylaczone za pomoca wylacznika plywakowego (nie pokazane¬ go). W tym polozeniu poziom wody w zbiorniku 17 znajduje sie powyzej syfonu 27 polaczonego z wlotem — wylotem 18 wody, który spowoduje opróznienie zbiornika 17 z goracej wody. Opróznie¬ nie mozna opóznic za pomoca zaworu (nie poka¬ zanego) umieszczonego w syfonie, który otworzy sie dopiero wtedy, gdy koncowa temperatura wody osiagnie ustalona wielkosc.Opisany przyklad elementu grzejnego wedlug wynalazku ma nastepujace zalety. Szybkie ogrze¬ wanie wody, której temperatura zawsze jest bar-' dzo bliska lub równa wymaganej temperaturze, dzieki czemu ma najwieksze przewodnictwo. Sta- •i77 083 bilne warunki przeplywu pradu. Mozliwosc uzycia wody z róznych zródel majacych rózne przewod¬ nictwo.Jesli to jest pozadane przyklad elementu grzej¬ nego wedlug wynalazku mozna zastosowac w automatycznym urzadzeniu, uruchamianym po wrzuceniu monety, przy czym wrzucenie monety wlacza w takim urzadzeniu prad i dwupolozenio- wy zawór 23. . Zamiast kolowej elektrody tarczowej 19 oto¬ czonej przez wspólsrodkowa elektrode pierscienio¬ wa 20 mozna zastosowac dwie elektrody pólkoliste ulozone obok siebie w taki sposób, ze ich proste boki sa oddzielone przerwa o równej szerokosci.Trzeci przyklad elementu wedlug wynalazku przedstawiono na fig. 5. W przykladzie tym, w obudowie 26 znajduje sie ruchoma elektroda po¬ srednia 24 ciezsza od wody, majaca ksztalt walca zamknietego u góry denkiem 25, a otwartego od dolu. Dno obudowy ma ksztalt stozka skierowane¬ go wierzcholkiem ku górze, przy czym wlot 28 wody zimnej znajduje sie w wierzcholku stozka.W górnej czesci obudowy 26 znajduje sie szereg walcowych elektrod mocy 29, polaczonych na prze¬ mian z przeciwnymi biegunami zasilacza. U góry obudowy 26 znajduje sie wylot 30 wody.Strumien wody wplywajacej do obudowy przez rure wlotowa 28 podnosi elektrode posrednia i po¬ woduje, ze znajduje sie oma czesciowo naprzeciw elektrod mocy 29. Gdy przeplyw wody zostaje powiekszony, elektroda posrednia 24 zostaje pod¬ niesiona wyzej w obudowie 26 dzieki czemu po¬ miedzy elektrodami 29 przeplywa poprzez elek- trode posrednia 24 wiekszy prad.Stozkowe dno 27 obudowy pomaga w ustabilizo¬ waniu polozenia elektrody posredniej 24. Gdy elektroda 24 unosi sie w obudowie, szczelina po¬ miedzy dolna krawedzia elektrody 24 i stozkowa podloga 27 wzrasta. Gdy powierzchnia pierscienia pomiedzy elektroda 24 i scianami obudowy 26 jest wieksza niz powierzchnia szczeliny pierscieniowej pomiedzy dolna krawedzia elektrody 24 i stozko¬ wym dnem 27, wówczas elektroda 24 nie zacho¬ wuje sie jak tlok i przyjmuje ustalone polozenie dla danego przeplywu wody.Konieczne jest zamontowanie odstepników lub prowadnic (nie pokazane), ustalajacych polozenie plywajacej elektrody posredniej 24 w srodku obu¬ dowy 26 i zapobiegajacych zetknieciu sie tej elek¬ trody z elektrodami mocy 29.Regulacje uwzgledniajaca zmienny zakres prze¬ wodnictwa i szybkosc przeplywu wody przepro¬ wadza sie zmieniajac wage elektrody posredniej 24.Schemat dalszego przykladu przedstawiono na fi£. 6. W przykladzie tym dwie elektrody mocy 31 i 32 o ksztalcie polówek powierzchni stozka sa ustawione na powierzchni stozka i oddzielone od¬ powiednimi paskami izolujacymi. Stozkowa elek¬ troda posrednia 33 jest umieszczona, jak pokaza¬ no, wspólsrodkowo ze stozkiem utworzonym przez dwie elektrody 31 i 32. Wierzcholek elektrody 33 jest polaczony z obudowa za pomoca sprezyny 34.Pret metalowy 35 wystajac z podstawy elektrody 10 15 20 25 30 35 40 50 55 60 posredniej 33 jest otoczony przez cewke zwojnicy 36 polaczona szeregowo z elektrodami 31 i 32.Prad przeplywajacy przez element grzejny za¬ lezy od przylozonego napiecia i od przewodnictwa wody. Jesli przylozone napiecie ma ustalona wiel¬ kosc, wówczas przeplywajacy prad jest wprost proporcjonalny do przewodnictwa. Przeplyw pradu przez uzwojenie 36 wyznacza sile dzialajaca na elektrode 33, skierowana przeciwnie do sily wy¬ wieranej przez sprezyne 34.Gdy wzrasta temperatura wody, wzrasta rów¬ niez jej przewodnictwo, a stad równiez wzrasta przeplyw pradu pomiedzy elektrodami 31 i 32 po¬ przez elektrode posrednia 33. Ten zwiekszony prad przeplywa przez cewke zwojnicy 36, który silniej ciagnie ku dolowi elektrode 33 i powieksza przer¬ we pomiedzy elektrodami 31, 32 i elektroda po¬ srednia 33. Powiekszenie odleglosci pomiedzy elek¬ trodami wydluza droge przebywana przez prad w wodzie, a tym samym jej opór, co powoduje zmniejszenie przeplywajacego pradu.Mozna zastosowac inne ustawienie zwojnicy, w wyniku którego sila wywierana iprzez zwojnice ma taki kierunek, ze moze obracac stozkowa elek¬ trode posrednia wokól jej osi podluznej i zmie¬ niac w ten sposób wielkosc przeplywu pradu, przeciwdzialajac sile wywieranej przez sprezyne spiralna. Uklad elektrod powinien w tym przy¬ padku byc podobny do przedstawionego na fig. 3.Podluzny lub obrotowy ruch elektrody posred¬ niej mozna uzyskiwac równiez poprzez zdalne od¬ dzialywanie magnetyczne. W tym przypadku moz¬ na uniknac stosowania preta 35 i powiazanego z nim problemu uszczelnienia miejsca, w którym przechodzi on przez obudowe, bowiem pole magne¬ tyczne, wytwarzane przez zwojnice 36 dzialaloby na elektrode 33 przez sciany obudowy.Ostatni przyklad wykonania przedstawiono na fig. 7. Jednym z przeciwwskazan bezposredniego elektrycznego ogrzewania wody przed uzyciem jest dopuszczalne obciazenie istniejacej sieci elektrycz¬ nej. Z tego powodu pozadane jest zastosowanie magazynowania goracej wody. Niniejszy przyklad umozliwia przechowywanie goracej wody oraz pewne jej podgrzewanie przy pobieraniu ze zbior¬ nika.Na fig. 7 przedstawiono element grzejny zawie¬ rajacy zbiornik 37 wyposazony we wlot 38 zimnej wody i wylot 39 goracej wody. Przy wylocie 39 sa umieszczone dwie walcowe elektrody 40 i 41 po¬ laczone z przeciwnymi biegunami zasilacza elek¬ trycznego. Walcowa elektroda posrednia 42 jest umieszczona posrodku pomiedzy dwoma elektroda¬ mi mocy. Rura tworzaca wylot 39 wody przecho¬ dzi do obszaru pierscieniowego pomiedzy walco¬ wymi elektrodami 40 i 41 i walcowa elektroda posrednia 42.Zbiornik 37 jest poczatkowo napelniony woda do poziomu rury odpowietrzajacej 43, znajdujacej sie na jego szczycie i stan ten jest utrzymywany przez odpowiedni zawór (nie pokazany).Woda ogrzewana przeplywem pradu pomiedzy elektrodami 40 i 41 poprzez elektrode posrednia 42 krazy w zbiorniku 37 pod wplywem konwekcji.Gdy z rury odprowadzajacej wyprowadza sie go-7 77 083 8 raca wode, pobiera sie ja wprost z wnetrza elek¬ trod 40 i 41, gdzie jest ona najgoretsza. W ten sposób mozna przechowywac w zbiorniku wode o temperaturze ponizej temperatury koncowej i po¬ biera sie wode o temperaturze wlasciwej.Polozenie elektrody posredniej 42 mozna albo zmieniac w celu zmieniania temperatury wody, albo ustalic w fabryce i zamocowac w tym usta¬ lonym polozeniu. Temperature mozna równiez zmieniac stosujac elektrody posrednie o róznych srednicach.Opisane powyzej elektrodowe elementy grzejne mozna stosowac do ogrzewania kazdej cieczy prze¬ wodzacej, chociaz sa one glównie przeznaczone do ogrzewania wody na skale przemyslowa lub w go¬ spodarstwie domowym. Innym zastosowaniem jest szybkie ogrzewanie mleka w celu pasteryzacji. PL PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Elektrodowy element grzejny, znamienny tym, ze zawiera dwie lub wiecej elektrod nieruchomych, polaczonych ze zródlem energii elektrycznej oraz jedna lub wiecej elektrod posrednich odizolowa¬ nych wzajemnie i od nieruchomych elektrod do¬ prowadzajacych energie, przy czym kazda z ele¬ ktrod posrednich jest umieszczona na drodze prze¬ plywu pradu pomiedzy dwiema elektrodami do¬ prowadzajacymi energie.

2. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektroda posrednia lub kazda z elektrod posrednich ma swobode ruchu pomiedzy wspomnianymi elektrodami doprowadzajacymi ene¬ rgie, w celu regulowania przeplywu pradu pomie¬ dzy nimi.

3. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze elektrody doprowadza¬ jace energie maja ksztalt scietego stozka, a elektro¬ da posrednia majaca równiez ksztalt scietego stoz¬ ka, jest umieszczona wspólsrodkowo z elektrodami doprowadzajacymi energie w pewnej odleglosci od nich tak, aby pozostala pomiedzy nimi droga do przeplywu cieczy.

4. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze droga przeplywu cieczy prze¬ biega od konca elektrod stozkowych, majacego wieksza srednice, do konca o mniejszej srednicy.

5. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze elektrody doprowadzajace energie znajduja sie na dnie obudowy, a elektroda posrednia znajduje sie w obudowie powyzej ele¬ ktrod doprowadzajacych energie i jest wyposazona 6 w plywak.

6. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 5„ znamienny tym, ze zawiera zespól regulujacy szybkosc przeplywu cieczy, która ma byc ogrzana, do obudowy w zaleznosci od temperatury cieczy 10 ogrzanej.

7. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze zawiera syfon oprózniajacy obudowe z ogrzanej cieczy, gdy poziom cieczy osiagnie zalozona wielkosc. 15

8. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze elektrody doprowadzajace energie sa zamontowane na górnej czesci sciany walcowej obudowy, przy czym podloga obudowy ma ksztalt scietego stozka z wlotem cieczy do obu- 20 dowy umieszczonym w wierzcholku stozkabl a ele¬ ktroda posrednia ma ksztalt walca o jednej pod¬ stawie zamknietej i srednicy równej lub mniejszej niz najwieksza srednica podstawy stozkowej, umie¬ szczonego nad stozkiem scietym zwróconym za- 25 mknietym koncem do góry.

9. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 3 lub 4, znamienny tym, ze zawiera zespól przesu¬ wajacy elektrode posrednia w kierunku jej osi po¬ dluznej, w celu zmiany szerokosci drogi przeply- wu cieczy.

10. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze zespól zawiera cewke zwoj¬ nicy polaczona szeregowo z jedna z elektrod do¬ prowadzajacych energie i moze wywierac na ele¬ ktrode posrednia sile skierowana osiowo, przeciw¬ dzialajaca sprezynie spiralnej polaczonej z elektro¬ da posrednia.

11. Elektrodowy element grzejny wedlug zastrz. 40 1 lub 2, znamienny tym, ze zawiera zbiornik na ciecz wyposazony we wlot i wylot cieczy, wspól- srodkowe walcowe elektrody doprowadzajace ene¬ rgie umieszczone jedna nad druga i elektrode po¬ srednia umieszczona wewnatrz walca utworzonego 45 przez elektrody doprowadzajace energie wzdluz je¬ go osi, przy czym wylot cieczy ze zbiornika jest polaczony z rura prowadzaca do wnetrza walca utworzonego przez elektrody doprowadzajace ener¬ gie.KI. 36b, 7/01 77 083 MKP F24c7/06 FIG.2 1Q \^W^ ,10 K' K9KI. 36b, 7/01 77 083 MKP F24c7/06 22 J 20 Kil V (r\^27 I ya rTTTjY H W & 25- FIG.4 24- FIG.6 ^F.G.5 is hi ¥40 59 i 42^41 FIG.7 oj W.D.Kart. C/440/75, 125 + 15, A4 Cena 10 zl PL PL