RU2030125C1

RU2030125C1 - Electric water boiler

Info

Publication number: RU2030125C1
Authority: RU
Inventors: Валентин Федорович Увакин; Алексей Валентинович Увакин
Original assignee: Валентин Федорович Увакин; Алексей Валентинович Увакин
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: air heating installations. SUBSTANCE: heating element is produced in the form of Archimedian spiral thin conductive strip corrugated along two coordinate axes having electric insulation coat. It is placed into body over its entire length. Electric sensor of water pressure is installed in front of one of branch pipes. Its outlet is coupled to fast action device for switching on of power supply of electric water boiler. EFFECT: enhanced reliability of boiler, simplified design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям электрических приборов для местного горячего водоснабжения и может быть использовано в воздушно-отопительных агрегатах. The invention relates to the construction of electrical appliances for local hot water supply and can be used in air-heating units.

Известны электроводонагреватели, содержащие герметичный корпус с патрубками для подвода и отвода воды, внутри которого размещены изолированные от корпуса электроды, нагрев воды в которых производится за счет протекания тока через воду (Электроводонагреватель мощностью 50 кВт, разработанный "Гидроэнергопроектом", г. Москва). Known electric heaters containing a sealed housing with nozzles for supplying and discharging water, inside of which are placed electrodes isolated from the housing, the water in which is heated by flowing current through the water (Electric water heater with a capacity of 50 kW, developed by Hydroenergoproekt, Moscow).

Недостатками таких электроводонагревателей являются большие инерционность (время нагрева воды в емкости 10-15 мин), масса, габариты и зависимость мощности электроводонагревателя от электропроводности воды, которая может изменяться на 1-2 порядка (электрическое сопротивление речной воды ρ = 10-100 Ом˙м, дисциллированной 10³-10⁴ Ом˙м).The disadvantages of such electric heaters are the large inertia (water heating time in the tank 10-15 min), the mass, dimensions and the dependence of the power of the electric heater on the water conductivity, which can vary by 1-2 orders of magnitude (electrical resistance of river water ρ = 10-100 Ohm00m discarded 10 ³ -10 ⁴ Ohm˙m).

Известны также электронагреватели проточные, содержащие изоляционный корпус с подводящим и отводящим патрубками на торцах, выполненный в виде комбинации последовательно связанных между собой кольцевыми перемычками сферических оболочек, на наружную поверхность которого нанесена электропроводящая пленка (авт. св. N 573913, кл. Н 05 В 3/26, 1972). Flowing electric heaters are also known, containing an insulating casing with inlet and outlet pipes at the ends, made in the form of a combination of spherical shells connected in series by annular bridges, on the outer surface of which an electrically conductive film is applied (ed. St. N 573913, class N 05 V 3 / 26, 1972).

Недостатками таких электроводонагревателей являются низкая электробезопасность, обусловленная размещением пленочного нагревательного элемента на наружной поверхности корпуса, большие габариты и малое быстродействие, обусловленное большим объемом герметичной полости корпуса при мощности проточного электроводонагревателя 18-21 кВт (Электротехнический справочник/ Под ред. В.Г. Герасимова и др., М.: Энергоатомиздат, 1988, т. 3, с. 556). Кроме того, при малом потоке воды и большой мощности возможны перегрев электроводонагревателя и выход его из строя, что снижает его надежность. The disadvantages of such electric heaters are low electrical safety, due to the placement of the film heating element on the outer surface of the housing, large dimensions and low speed, due to the large volume of the sealed cavity of the casing at a power of a flow-through electric heater of 18-21 kW (Electrical Manual / Edited by V.G. Gerasimov and et al., Moscow: Energoatomizdat, 1988, v. 3, p. 556). In addition, with a small flow of water and high power, overheating of the electric heater and its failure are possible, which reduces its reliability.

Целью изобретения являются уменьшение габаритов и повышение электробезопасности, надежности и быстродействия электроводонагревателя. The aim of the invention is to reduce the size and increase electrical safety, reliability and speed of the electric heater.

Для этого в известном электроводонагревателе, содержащем изоляционный герметичный корпус с подводящим и отводящим патрубками на торцах и нагревательный элемент , последний выполнен в виде спирали Архимеда из тонкой гофрированной по двум координатным осям электропроводящей ленты с электроизоляционным покрытием, размещен внутри корпуса по всей его длине, причем в корпусе перед одним из патрубков установлен электрический датчик напора воды, выход которого соединен с быстродействующим устройством включения питания электроводонагревателя. To do this, in a well-known electric heater containing an insulating hermetic casing with inlet and outlet pipes at the ends and a heating element, the latter is made in the form of an Archimedes spiral made of a thin corrugated electrically conductive tape with two coordinate axes located inside the casing along its entire length, and in an electric sensor of water pressure is installed in front of one of the pipes, the output of which is connected to a high-speed power-on device spruce up.

Новизна и изобретательский уровень предлагаемого электроводонагревателя определяются следующими существенными отличительными признаками: выполнением нагревательного элемента в виде спирали Архимеда из тонкой гофрированной по двум координатным осям с образованием пуклевок электропроводящей ленты, покрытой с двух сторон эластичным теплостойким электроизоляционным покрытием, размещением его внутри корпуса по всей его длине с образованием проточных каналов большого сечения с турбулизаторами потока воды, образуемых гофрами смежных слоев спирали Архимеда, что позволяет за счет большой поверхности теплопередачи нагревательного элемента и интенсификации теплообмена турбулизаторами резко уменьшить габариты и объем герметичной полости корпуса электроводонагревателя, заполненной водой, повысить быстродействие за счет уменьшения времени нагрева воды в корпусе в 10-12 раз, повысить электробезопасность за счет защиты корпусом нагревательного элемента от внешних механических воздействий, практически устранить электрохимические процессы в проточной воде за счет большого межвиткового электрического сопротивления, обусловленного изоляционным покрытием нагревательного элемента. The novelty and inventive step of the proposed electric heater is determined by the following significant distinguishing features: the design of a heating element in the form of an Archimedes spiral made of thin corrugated along two coordinate axes with the formation of bullets of an electrically conductive tape coated on both sides with an elastic heat-resistant electrical insulation coating, placing it inside the body along its entire length with the formation of flow channels of large cross section with turbulators of the water flow formed by corrugations adjacent layers of the Archimedes spiral, which allows, due to the large heat transfer surface of the heating element and the intensification of heat exchange by turbulators, to sharply reduce the size and volume of the sealed cavity of the electric heater body filled with water, to increase speed by reducing the time of heating water in the case by 10-12 times, and to increase electrical safety due to protect the housing of the heating element from external mechanical influences; practically eliminate electrochemical processes in running water due to the large th interturn electrical resistance due to the insulation coating of the heating element.

Благодаря установке в корпусе перед одним из патрубков электрического датчика напора воды, выход которого соединен с быстродействующим электрическим устройством включения питания электроводонагревателя (магнитным пускателем), при напоре (расходе) воды ниже некоторого предела питание электроводонагревателя автоматически отключается, что увеличивает надежность и ресурс электроводонагревателя, а малые габариты электроводонагревателя позволяют встраивать его в существующие системы водоснабжения без существенных доработок. Due to the installation in the case in front of one of the nozzles of the electric sensor of water pressure, the output of which is connected to a high-speed electric device for turning on the power of the electric heater (magnetic starter), when the pressure (flow) of water is below a certain limit, the electric power of the electric heater is automatically turned off, which increases the reliability and service life of the electric heater, and small dimensions of the electric heater allow it to be integrated into existing water supply systems without significant modifications.

На фиг. 1 изображена конструкция электроводонагревателя, в разрезе; на фиг. 2 - участок ленточного гофрированного нагревательного элемента в изометрии. In FIG. 1 shows a construction of an electric heater, in a section; in FIG. 2 is a section of a tape corrugated heating element in isometry.

Электроводонагреватель содержит корпус 1 с подводящим патрубком 2, крышку 3 с отводящим патрубком 4, выполненные из изоляционного материала, нагревательный элемент 5, размещенный внутри корпуса 1 по всей его длине, выполненный в виде спирали Архимеда из тонкой гофрированной по двум координатным осям с образованием пуклевок 6 электропроводящей ленты с двухсторонним электроизоляционным покрытием, например из ленты из нержавеющей теплостойкой стали типа IХ18Н9Т толщиной 0,01-0,05 мм, допускающей глубокую вытяжку гофров, покрытой с двух сторон эластичным электроизоляционным покрытием - суспензией фторопласта - 4МД толщиной 10-15 мкм с рабочей температурой +200^оС и электрическим сопротивлением ρ = 10¹² - 10¹³ Ом˙м. Между витками спирального нагревательного элемента 5 размещена изолирующая прокладка 7, например, из сетки (ткани) из стекловолокна с высокой теплостойкостью и малым гидравлическим сопротивлением для потока воды.The electric heater contains a housing 1 with an inlet pipe 2, a cover 3 with an outlet pipe 4 made of insulating material, a heating element 5 placed inside the housing 1 along its entire length, made in the form of an Archimedes spiral made of thin corrugated along two coordinate axes with the formation of puppets 6 electrically conductive tape with a double-sided insulating coating, for example, from a tape made of stainless heat-resistant steel of the type IX18H9T with a thickness of 0.01-0.05 mm, allowing deep drawing of corrugations, coated on both sides of the electric cal insulating coating - suspension of fluoroplastic - 4MD a thickness of 10-15 microns with a working temperature of 200 ^{° C} and an electric resistance ρ = October ¹² - ^{13 October} Om˙m. Between the turns of the spiral heating element 5, an insulating gasket 7 is placed, for example, of fiberglass mesh (fabric) with high heat resistance and low hydraulic resistance for water flow.

Гофры в виде пуклевок 6 смежных слоев электропроводящей ленты нагревательного элемента 5, расположенные в шахматном порядке, образуют между витками спирали проточные каналы большого сечения с малым гидравлическим сопротивлением с турбулизаторами потока воды, интенсифицирующими процесс теплообмена между нагревательным элементом 5 и проточной водой. The corrugations in the form of pupples of 6 adjacent layers of the electrically conductive tape of the heating element 5, arranged in a checkerboard pattern, form flow channels of large cross section with small hydraulic resistance between the coils of the spiral with turbulators of the water flow, intensifying the heat exchange process between the heating element 5 and running water.

Внутри корпуса 1 со стороны входного патрубка 2 с конфузором 8 установлен электрический датчик напора воды, выполненный в виде тензобалки 9 с размещенными на ней с двух сторон пленочными тензорезисторами 10 типа КФ-4 или КФ-5 с диапазоном рабочих температур от -60 до +200^оС, соединенными по мостовой схеме, выходной сигнал с которого подается в электрическое быстродействующее устройство включения питания электроводонагревателя (не показано).Inside the housing 1, on the side of the inlet pipe 2 with confuser 8, an electric water pressure sensor is installed, made in the form of a strain gauge 9 with film strain gauges 10 of the type KF-4 or KF-5 placed on both sides with an operating temperature range from -60 to +200 ^о С, connected by a bridge circuit, the output signal from which is supplied to an electric high-speed device to turn on the power of the electric heater (not shown).

Внутренний конец спирального нагревательного элемента 5 соединен сваркой с трубкой 11, закрепленной с двух сторон в корпусе 1 посредством решеток 12 и 13 со сквозными отверстиями, выполненных из электроизоляционного материала, а внешний конец нагревательного элемента соединен сваркой с шиной 14, установленной в корпусе 1 на клее. Со стороны входного патрубка на решетке 12 установлен фильтрующий элемент 15, выполненный, например, из сетки из стекловолокна или никелевой проволоки. На крышке 3 установлены болты 16 с гайками 17 для подвода напряжения сети через шину 14 и гибкий вывод 18 к нагревательному элементу 5, а также выводы 19, соединенные монтажным проводом 20 с тензорезисторами 10. Крышка 3 соединена с корпусом 1 винтами 21 через герметизирующую прокладку 22, выполненную из теплостойкой резины типа ИРП-1266. Тензобалка 9 с тензорезисторами 10 покрыта тонким слоем теплостойкого герметика типа Виксинт У-1-18, который препятствует проникновению воды с переменной электропроводностью в пленочную решетку тензорезисторов. Болты 16 и выводы 19 также устанавливаются на герметике. В качестве электроизоляционного материала для корпуса 1 и крышки 3 можно использовать теплостойкие пластмассы типа АГ-4С. The inner end of the spiral heating element 5 is connected by welding to a tube 11, mounted on both sides in the housing 1 by means of gratings 12 and 13 with through holes made of insulating material, and the outer end of the heating element is connected by welding with a bus 14 mounted in the housing 1 on the adhesive . On the inlet pipe side, a filter element 15 is mounted on the grill 12, for example, made of fiberglass or nickel wire mesh. On the cover 3, bolts 16 with nuts 17 are installed for supplying the mains voltage through the bus 14 and the flexible terminal 18 to the heating element 5, as well as the conclusions 19 connected by a mounting wire 20 to the strain gauges 10. The cover 3 is connected to the housing 1 by screws 21 through a sealing gasket 22 made of heat-resistant rubber type IRP-1266. The strain gauge 9 with the strain gauges 10 is covered with a thin layer of heat-resistant sealant of the type Vixint U-1-18, which prevents the penetration of water with variable electrical conductivity into the film lattice of the strain gauges. Bolts 16 and terminals 19 are also mounted on the sealant. As an insulating material for the housing 1 and cover 3, heat-resistant plastics such as AG-4C can be used.

Электроводонагреватель работает следующим образом. Electric heater operates as follows.

При подключении нагревательного элемента 5 к сети и пропускании воды через электроводонагреватель поток воды между витками нагретого равномерно по всей поверхности спирального нагревательного элемента 5 за счет наличия пуклевок 6 становится турбулентным, что приводит к интенсификации процесса передачи тепла от нагревательного элемента к проточной воде, снижению при заданной электрической мощности электроводонагревателя температуры нагревательного элемента 5. В случае уменьшения потока воды в электроводонагревателе до порогового значения изгиб тензобалки 9 с тензорезисторами 10 уменьшается и электрический датчик напора воды выдает сигнал на быстродействующее электрическое устройство, которое отключает электроводонагреватель от сети. When the heating element 5 is connected to the network and the water is passed through the electric heater, the water flow between the turns of the heating element 5 heated evenly over the entire surface of the spiral heating element 5 becomes turbulent due to the presence of bellows 6, which leads to an intensification of the process of heat transfer from the heating element to running water, reducing at a given electric power of the heater temperature of the heating element 5. In the case of a decrease in the flow of water in the heater to a threshold Achen bending tenzobalki 9 with strain gauges 10 decreases and an electric water pressure sensor outputs a signal for high-speed electrical device which disconnects the electric heater from the network.

Малые габариты спирального нагревательного элемента 5 при большой поверхности теплообмена и большой мощности электроводонагревателя (18-21 кВт) определяют малый объем герметичной полости, заполненной водой, малое время нагрева воды в этом объеме и высокое быстродействие электроводонагревателя. Двухстороннее электроизоляционное покрытие нагревательного элемента 5 практически исключает межвитковые токи утечки за счет электропроводности воды и электрохимические процессы в проточной воде, повышает надежность и ресурс электроводонагревателя. The small dimensions of the spiral heating element 5 with a large heat exchange surface and high power of the electric heater (18-21 kW) determine the small volume of the sealed cavity filled with water, the short time of heating the water in this volume and the high speed of the electric heater. The double-sided insulating coating of the heating element 5 virtually eliminates inter-turn leakage currents due to the electrical conductivity of water and electrochemical processes in running water, increases the reliability and life of the electric heater.

Предлагаемый проточный электроводонагреватель можно использовать и в воздушно-отопительных агрегатах. The proposed instantaneous water heater can be used in air-heating units.

Claims

ELECTRIC WATER HEATER, comprising an insulating sealed housing with inlet and outlet pipes at the ends and a heating element made in the form of spirally wound thin corrugated electrically conductive tape placed inside the body along its entire length, characterized in that the tape is wound in the form of an Archimedes spiral, its corrugation is made according to two coordinate axes, and an insulating coating is applied on the surface of the tape.