RU2037106C1

RU2037106C1 - Electric hot-water boiler

Info

Publication number: RU2037106C1
Authority: RU
Inventors: Р.В. Манчук; Е.Н. Лойко
Original assignee: Малое научно-производственное предприятие "Бетэл"
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: heat supply. SUBSTANCE: boiler body has two closed circuits for heated water and intermediate heat-transfer agent. Use of a chemically inert element from the alkannic series (for instance, paraffin) and the two-circuit design of the boiler enhance the boiler efficiency, decrease the mass and dimensional indices. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения горячей воды и нужд теплоснабжения. The invention relates to electrical engineering and can be used to produce hot water and heat supply needs.

Известен электрический водогрейный котел, имеющий П-образный корпус, в который заливается вода. В каждом из вертикальных элементов корпуса размещена выполненная из диэлектрика труба с фазным и нулевым электродами и механизм для перемещения электродов [1]
Недостаток этого водонагревателя низкий КПД и наличие температурных деформаций корпуса.Known electric boiler, having a U-shaped body into which water is poured. In each of the vertical elements of the housing there is a pipe made of a dielectric with phase and zero electrodes and a mechanism for moving the electrodes [1]
The disadvantage of this water heater is low efficiency and the presence of temperature deformations of the casing.

Указанные недостатки частично устранены в электрическом нагревателе жидкости, имеющем корпус в форме цилиндра, внутри корпуса установлены центральный цилиндрический нулевой электрод и равноудаленные друг от друга фазные электроды, крепящиеся к крышке корпуса [2]
Для более равномерного нагрева жидкости в усовершенствованном варианте этого котла фазные электроды выполняют полыми, а внутри и снаружи каждого электрода устанавливают экраны из проводящего материала [3]
Однако данная конструкция имеет высокую металлоемкость и низкий КПД вследствие сильной коррозии электродов.These drawbacks are partially eliminated in an electric fluid heater having a cylinder-shaped housing, a central cylindrical zero electrode and phase electrodes equally spaced from each other mounted to the housing cover [2]
For a more uniform heating of the liquid in an improved version of this boiler, the phase electrodes are hollow, and screens of conductive material are installed inside and outside each electrode [3]
However, this design has high metal consumption and low efficiency due to severe corrosion of the electrodes.

В настоящее время для нужд теплоснабжения применяются электрические водогрейные котлы электропроводной жидкости, имеющие цилиндрическую форму со сферическими поверхностями днища и крышки, к которым крепятся электроды пластинчатой формы, собранные в две встречно направленные гребенки. Конструктивное выполнение котла позволяет осуществить равномерный нагрев жидкости по всему объему. Для наиболее полного отбора подводимой мощности и повышения КПД котла используют воду с повышенной электропроводимостью, для чего сетевую воду предварительно обрабатывают, например, солями тринатрийфосфата. Currently, electric water heating boilers of electrically conductive liquid are used for heating needs, having a cylindrical shape with spherical surfaces of the bottom and cover, to which plate-shaped electrodes are assembled, assembled in two opposite directional combs. The design of the boiler allows for uniform heating of the liquid throughout the volume. For the most complete selection of the input power and increase the efficiency of the boiler, water with increased electrical conductivity is used, for which network water is pre-treated, for example, with trisodium phosphate salts.

Указанная мера позволяет нагреть за одинаковый промежуток времени значительно больший объем воды, что повышает эффективность использования котла по сравнению с известными. This measure allows you to heat a significantly larger volume of water for the same period of time, which increases the efficiency of using the boiler in comparison with the known ones.

В то же время введение контроля за электропроводностью воды, подготовка нужного раствора солей вызывают дополнительные затраты и организационные сложности. At the same time, the introduction of control over the electrical conductivity of water, the preparation of the desired salt solution cause additional costs and organizational difficulties.

При эксплуатации электрокотельной необходимо следить за удельным электрическим сопротивлением сетевой воды. Нормальная работа электрокотлов возможна при удельном электросопротивлении сетевой воды при 20^оС. В пределах 1-3 тыс. Ом˙см. При удельном электрическом сопротивлении сетевой воды при 20^оС 1000 Ом˙см и ниже производится добавка дистиллированной воды в количестве согласно расчету и требовании завода изготовителя котлов. При удельном электрическом сопротивлении сетевой вды при 20^оС 3000 Ом˙см и выше производится подсолка воды путем добавления раствора тринатрийфосфатной соли (Na₃PO₄). Стабилизация удельного электрического сопротивления сетевой воды при уменьшении мощности котла на 10% производится ориентировочно в течение суток. Раствор тринатрийфосфатной соли и дистиллированной воды приготавливается по мере надобности.When operating an electric boiler room, it is necessary to monitor the electrical resistivity of the network water. Normal operation is possible when electric boilers resistivity mains water at 20 ° ^C. Within 1-3 thousand. Om˙sm. When AC electrical resistivity of water at 20 ^{° C} and below 1000 Om˙sm additive produced distilled water in an amount by calculation and the manufacturer's demand boiler plant. When the electrical resistivity network Wda at ²⁰ ° C and above 3000 Om˙sm podsolka produced by adding water solution of the salt trisodium phosphate (Na ₃ PO _4). Stabilization of the electrical resistivity of the network water with a decrease in boiler power by 10% is carried out approximately during the day. A solution of trisodium phosphate salt and distilled water is prepared as needed.

Дополнительные недостатки от эксплуатации указанных водогрейных котлов проявляются и в том, что солевая обработка воды ограничивает область ее применения, позволяя лишь использовать как техническую. Additional disadvantages from the operation of these boilers are manifested in the fact that the salt treatment of water limits its scope, allowing only use as technical.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрокотел [4] содержащий корпус с крышкой, расположенные в полости последнего теплообменные трубы, помещенные в оболочку, заполненную теплоносителем, а также элекронагреватели. В качестве теплоносителя (промежуточной среды) могут быть использованы вода, керамика, нефть или растворы солей. Наиболее эффективным промежуточным теплоносителем является каустическая сода. Использование такого солевого раствора, который обладает высокими гигроскопическими и коррозионными свойствами, вызывает необходимость использования специального оборудования. The closest technical solution to the proposed one is an electric boiler [4] containing a housing with a cover, heat exchanging tubes located in the cavity of the latter, placed in a shell filled with a coolant, and electric heaters. Water, ceramics, oil, or salt solutions can be used as a heat transfer medium (intermediate medium). The most effective intermediate heat carrier is caustic soda. The use of such a saline solution, which has high hygroscopic and corrosive properties, necessitates the use of special equipment.

Предложенная в [4] конструкция с промежуточным теплоносителем устраняет недостатки электродных водогрейных котлов, в то же время имеет ряд существенных недостатков. The design with an intermediate coolant proposed in [4] eliminates the disadvantages of electrode boilers, while at the same time it has a number of significant disadvantages.

Стационарное состояние промежуточного теплоносителя и проходной характер водяных теплообменных труб не позволяет осуществить эффективный теплосъем с пpомежуточного теплоносителя и обеспечить высокий нагрев воды в трубах при большом расходе воды. Используемые в качестве промежуточного теплоносителя материалы имеют низкие теплофизические характеристики и допустимые рабочие температуры. The stationary state of the intermediate heat transfer medium and the flow-through nature of the water heat exchange pipes do not allow efficient heat removal from the intermediate heat transfer medium and ensure high heating of water in the pipes at high water flow rates. The materials used as an intermediate heat carrier have low thermophysical characteristics and permissible operating temperatures.

Целью изобретения является повышение КПД электрического водогрейного котла путем повышения эффективности его использования. The aim of the invention is to increase the efficiency of an electric water boiler by increasing the efficiency of its use.

Поставленная цель достигается в электрическом водогрейном котле, содержащем корпус с крышкой, входные и выходные патрубки, а также электрические нагреватели и систему последовательно включенных теплообменников, в рабочем объеме котла физически разделены нагреваемая вода и теплоноситель. This goal is achieved in an electric water boiler containing a housing with a lid, inlet and outlet pipes, as well as electric heaters and a system of heat exchangers connected in series, the heated water and heat carrier are physically separated in the boiler’s working volume.

В качестве теплоносителя могут быть применены углеводороды алканового ряда, например парафины. As a heat carrier, alkane hydrocarbons, for example paraffins, can be used.

Теплообменник конструктивно выполнен так, что его первое и последнее звенья заключены в металлические кожухи, имеющие соответственно входное и выходное окна, и снабжены системой активации, представляющей собой лопастной активатор с приводом от электрического двигателя, расположенного на верхней крышке. The heat exchanger is structurally designed so that its first and last links are enclosed in metal casings, respectively having an input and an output window, and are equipped with an activation system, which is a blade activator driven by an electric motor located on the top cover.

Проведенный анализ технической и патентной информации показал, что аналогичные конструкции электрических водогрейных котлов не известны. The analysis of technical and patent information showed that similar designs of electric hot water boilers are not known.

На фиг. 1, 2 и 3 представлена конструкция предлагаемого электрического водогрейного котла. In FIG. 1, 2 and 3 presents the design of the proposed electric hot water boiler.

Котел содержит корпус 1, крышку 2, защитный теплоизолирующий кожух 3, трубчатый теплообменник 4, распределительный канал 5, электрический нагреватель 6, промежуточный теплоноситель 7, входной патрубок 8, загрузочный патрубок 9, выходной патрубок 10, активатор 11 с электродвигателем, строповочный болт 12, трубчатый кожух 13. The boiler contains a housing 1, a cover 2, a protective heat-insulating casing 3, a tubular heat exchanger 4, a distribution channel 5, an electric heater 6, an intermediate heat carrier 7, an inlet pipe 8, a loading pipe 9, an output pipe 10, an activator 11 with an electric motor, a lifting bolt 12, tubular casing 13.

В предлагаемом котле применение парафинов в качестве рабочего тела для нагревания воды вызвано в первую очередь тем, что они химически не активны. Кроме того, исследование зависимости теплоемкости парафинов от температуры показало, что теплоемкость заметно растет с температурой, увеличиваясь почти в 1,5 раза в интервале от Т плавления до Т= 373К. Следовательно, парафины являются хорошими аккумуляторами свойств тепла. In the proposed boiler, the use of paraffins as a working fluid for heating water is caused primarily by the fact that they are not chemically active. In addition, a study of the temperature dependence of the specific heat of paraffins showed that the specific heat increases markedly with temperature, increasing almost 1.5 times in the range from T melting to T = 373K. Therefore, paraffins are good accumulators of heat properties.

Анализ свойств парафинов и их поведения в процессе нагрева охлаждения показывает, что парафины могут быть эффективно применены в качестве рабочего тела в электрических водогрейных котлах. При этом рабочая температура парафина находится в интервале 160-180^оС, что значительно превышает достигаемые температуры при водяном теплоносителе. Применение парафинов в качестве теплоносителя безопасно для человека, так как они не обладают ядовитыми или вредными свойствами ввиду химической неактивности [5]
Работа предлагаемого водогрейного электрического котла осуществляется по двухконтурной схеме.An analysis of the properties of paraffins and their behavior during cooling heating shows that paraffins can be effectively used as a working fluid in electric hot water boilers. Thus the working temperature of the wax is in the range ^of 160-180 C, which is considerably higher than the temperature achieved when the water coolant. The use of paraffins as a coolant is safe for humans, since they do not have toxic or harmful properties due to chemical inactivity [5]
The work of the proposed hot water electric boiler is carried out according to the dual circuit.

В первом контуре осуществляется циркуляция промежуточного теплоносителя. Заполнение емкости котла промежуточным теплоносителем 7 осуществляется через патрубок 9. Теплоноситель 7 нагревается до 165-175^оС с помощью системы электрических нагревателей ТЭНов, смонтированных на крышке 2 котла, размещенных в корпусе 1 котла. Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью лопастного активатора 11. При этом парафин с более высокой температурой из кожуха с последней (горячей) ступени теплообменника 4 перемещается в кожух первой (холодной) ступени теплообменника, что обеспечивает более рациональное использование тепловой энергии парафина и ускоряет нагрев воды.In the primary circuit, the intermediate coolant is circulated. Filling capacity boiler intermediate coolant 7 through 9. The coolant nozzle 7 is heated to 165-175 ^{° C} using a system of heaters electric heaters mounted on the cover 2 of the boiler, arranged in the body 1 of the boiler. The coolant is circulated using a paddle activator 11. In this case, paraffin with a higher temperature from the casing from the last (hot) stage of the heat exchanger 4 is moved to the casing of the first (cold) stage of the heat exchanger, which ensures a more rational use of the heat energy of paraffin and accelerates the heating of water.

Во втором контуре, представляющем собой теплообменник 4, выполненный из секции латунных труб, производится нагрев прокачиваемой сетевой воды. In the second circuit, which is a heat exchanger 4 made of a section of brass pipes, the pumped network water is heated.

Вода заливается в котел через входной патрубок 8 и выливается через патрубок 10. Water is poured into the boiler through the inlet pipe 8 and is poured through the pipe 10.

Электрический водогрейный котел может быть применен для горячего водоснабжения, при этом вода нагревается от 5 до 65^оС. При использовании для нужд отопления вода подогревается от 70 до 95^оС.The electric boiler may be used for hot water supply, the water is heated by 5 to 65 ^C. When used for heating water is heated from 70 to 95 ° ^C.

Применение предлагаемой конструкции электрического водогрейного котла с промежуточным теплоносителем в виде химически неактивного материала из грунта, углеводородов алканового ряда позволяет достичь следующих преимуществ по сравнению с известными электрическими водогрейными устройствами. Application of the proposed design of an electric hot water boiler with an intermediate coolant in the form of a chemically inactive material from the soil, alkane hydrocarbons allows you to achieve the following advantages compared with the known electric hot water devices.

Наличие в корпусе котла двух замкнутых контуров для нагреваемой воды и промежуточного теплоносителя исключает необходимость химической подготовки воды, что снижает эксплуатационные расходы. The presence in the boiler body of two closed circuits for heated water and an intermediate coolant eliminates the need for chemical treatment of water, which reduces operating costs.

Двухконтурное выполнение котла с применением промежуточного теплоносителя позволяет использовать нагреваемую воду для более широких нужд, т.е. не только как техническую. The double-circuit design of the boiler using an intermediate coolant allows the use of heated water for wider needs, i.e. not just as technical.

Применение химически неактивного теплоносителя увеличивает срок службы котла, так как исключает коррозию, характерную для электродных котлов. The use of chemically inactive coolant increases the service life of the boiler, as it eliminates the corrosion characteristic of electrode boilers.

Применение химически неактивного материала, в данном случае парафина, позволяет в 1,5-1,7 раза повысить тепловое напряжение котла. The use of a chemically inactive material, in this case paraffin, can increase the thermal voltage of the boiler by 1.5-1.7 times.

В электродных котлах вода нагревается до 95-98^оС, т.е. не доходя до температуры кипения, а парафин в предлагаемом котле до 160-180^оС, что позволяет в меньшем объему аккумулировать большую тепловую энергию, т.е. повысить КПД котла. Это же свойство позволяет уменьшить массогабаритные показатели конструкции при одинаковой тепловой мощности.The electrode boiler water is heated to 95-98 ^{° C,} i.e. before reaching the boiling point, in the proposed paraffin pot to 160-180 ^{° C,} which allows a smaller volume to accumulate large thermal energy, i.e. increase boiler efficiency. The same property allows to reduce the overall dimensions of the structure with the same heat output.

Предлагаемая конструкция котла по сравнению с известными электродными котлами имеет постоянную электрическую мощность за время эксплуатации, в то время как в известных котлах она с течением времени уменьшается в результате образования накипи на электродах. The proposed design of the boiler in comparison with the known electrode boilers has a constant electric power during operation, while in known boilers it decreases over time due to the formation of scale on the electrodes.

Claims

1. ELECTRIC WATER BOILER, comprising a housing with a lid and electric heaters and heat exchanging sections of a closed loop of heated water located inside the housing, placed in a shell filled with a chemically inert coolant, characterized in that it further comprises a paddle activator, and the shell is made of metal and individual for each heat-exchange section connected to the remaining sections in series with water, the first and last of which are interconnected by means of the indicated opastno activator.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that paraffin can be used as a heat carrier.