RU2095945C1

RU2095945C1 - Electrode heater of liquids

Info

Publication number: RU2095945C1
Application number: RU95120546A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Белков; Виктор Михайлович Петрошень
Original assignee: Владимир Александрович Белков; Виктор Михайлович Петрошень
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: boilers, accumulating water heaters which are supplied from electric power supply. SUBSTANCE: device has coaxial central phase electrode, protection metal cylinder and zero peripheral cylindrical electrode which are mounted in housing on dielectric wall. Housing has input and output pipes for connection to room heating pipes, excess tank and switch. Protection screen is connected to power supply and central phase electrode through commutator. EFFECT: stepwise control of power , heating mode and water temperature in range of 30-90 C. 2 dwg

Description

Изобретение относится к аккумуляционным водонагревателям электродного типа, предназначено для работы в автономных сетях водяного теплоснабжения с использованием конвективных теплообменников, радиаторов и может применяться в качестве нагревателей воды для технических целей, технологических процессов. The invention relates to storage water heaters of the electrode type, is intended to work in autonomous networks of water heating using convective heat exchangers, radiators and can be used as water heaters for technical purposes, technological processes.

Известен электродный нагреватель [1] в котором за счет разности потенциалов на электродах через электропроводящую жидкость, согласно закону Джоуля-Ленца, проходит электрический ток и она нагревается. В корпусе нагревателя, снабженном входным и выходным патрубками, расширительной компенсационной емкостью, на диэлектрической перегородке смонтированы концентрично фазный и нулевой электроды, связанные с коммутатором. Между электродами помещен диэлектрический экран для автоматической установки теплового баланса за счет регулирования электрической мощности, чтобы в итоге поддержать примерно постоянную температуру нагрева жидкости. Known electrode heater [1] in which due to the potential difference on the electrodes through an electrically conductive liquid, according to the Joule-Lenz law, an electric current passes and it heats up. In the heater casing, equipped with inlet and outlet pipes, expansion compensation capacity, concentric phase and zero electrodes connected to the switch are mounted on the dielectric partition. A dielectric screen is placed between the electrodes to automatically set the heat balance by adjusting the electric power, in order to maintain an approximately constant temperature for heating the liquid.

Однако конструкция имеет ограниченный объем использования в диапазоне работоспособности, обеспечиваемой при минимуме расхода нагреваемой воды. However, the design has a limited amount of use in the range of operability provided with a minimum consumption of heated water.

Более совершенными являются водогрейные аккумуляционные котлы, в которых мощность регулируется посредством изменений пространственного положения экрана относительно фазного электрода, осуществляемых приводом продольного перемещения например, [2] [3] или осевого поворота [4] Подвижный экран обеспечивает максимальное резистивное сопротивление и минимальную мощность нагревателя, при более интенсивном омывании фазного электрода, где происходит наибольшее тепловыделение. При максимальном экранировании фазного электрода устанавливается минимальная электрическая нагрузка, то есть снижается (до 25% от номинальной) потребляемая мощность нагревателя. More perfect are storage water heating boilers in which the power is controlled by changing the spatial position of the screen relative to the phase electrode, carried out by a drive of longitudinal movement, for example, [2] [3] or axial rotation [4] The movable screen provides maximum resistive resistance and minimum heater power, at more intensive washing of the phase electrode, where the greatest heat release occurs. With maximum shielding of the phase electrode, the minimum electric load is established, that is, the power consumption of the heater is reduced (up to 25% of the nominal).

В изобретении [3] трубчатый экран выполнен металлическим, что дополнительно обеспечивает выравнивание плотности тока по длине фазного электрода (на 13-20%). Экран обеспечивает повышение скорости обмыва фазного электрода потоком нагреваемой жидкости, что позволяет повысить срок его службы и расширить диапазон применения нагревателя. In the invention [3] the tubular screen is made of metal, which additionally provides equalization of the current density along the length of the phase electrode (13-20%). The screen provides an increase in the speed of washing the phase electrode with the flow of the heated fluid, which allows to increase its service life and expand the range of application of the heater.

Недостатками известных устройств являются наличие привода, дополнительных кинематических связей, средств термостатирования коммуникационных разъемов, ориентации экрана, автоматики регулирования и контроля, которые заметно усложняют конструкцию и повышают стоимость, что экономически целесообразно для промышленных котлов высокого напряжения, используемых в системах теплоснабжения, в технологических процессах. The disadvantages of the known devices are the presence of a drive, additional kinematic connections, thermostats for communication connectors, screen orientation, automatic control and monitoring, which significantly complicate the design and increase the cost, which is economically feasible for industrial high-voltage boilers used in heat supply systems in technological processes.

Практическое применение этих известных сложных устройств в качестве водогрейного котла в автономных отопительных замкнутых системах жилых и производственных помещений, дачных домов, коттеджей, гаражей, мастерских, бытовок и т.п. не представляется возможным и целесообразным. The practical application of these well-known complex devices as a hot water boiler in autonomous heating closed systems of residential and industrial premises, country houses, cottages, garages, workshops, change houses, etc. It is not possible and appropriate.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание универсального, автономного нагревательного устройства, в котором мощность регулируется без внешнего привода. The problem to which the invention is directed is to create a universal, autonomous heating device in which the power is regulated without an external drive.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном электродном нагревателе жидкости, содержащем терморегулятор, расширительную емкость, коммутатор и в термоизолированном корпусе которого, снабженном подающим и верхним отводящим патрубками, коаксиально последовательно закреплены на диэлектрической перегородке центральный фазный электрод, экранирующий металлический цилиндр и нулевой цилиндрический электрод, согласно изобретению, экранирующий цилиндр через коммутатор электрически связан с источником питания и центральным фазным электродом. The required technical result is achieved by the fact that in the known electrode fluid heater containing a temperature regulator, an expansion tank, a switch and in a thermally insulated casing of which is equipped with a supply and upper outlet pipes, a central phase electrode, a shielding metal cylinder and a zero cylindrical electrode are coaxially sequentially mounted on the dielectric partition , according to the invention, the shielding cylinder through the switch is electrically connected to the power source and the center ln phase electrode.

Отличительные признаки обеспечили ступенчатое автоматическое регулирование потребляемой мощности нагревателя и, следовательно, нагрев проточной воды в заданном диапазоне температуры за счет того, что металлический экран без дополнительных приводов и механизмов выполняет функции второго автономного или параллельного фазного электрода. При этом не ухудшаются основные функции экрана по интенсификации теплообмена проточной жидкости и по выравниванию плотности тока вдоль центрального фазного электрода, диаметр которого выбран из условия минимальной напряженности электрического тока на его поверхности. Distinctive features ensured a step-by-step automatic regulation of the power consumption of the heater and, consequently, heating of running water in a given temperature range due to the fact that the metal screen without additional drives and mechanisms serves as a second autonomous or parallel phase electrode. At the same time, the main functions of the screen do not deteriorate in intensifying the heat transfer of the flowing fluid and in aligning the current density along the central phase electrode, the diameter of which is selected from the condition of minimum electric current strength on its surface.

Отсутствие подвижных элементов позволило обеспечить безопасность электропитания нагревателя и надлежащую защиту от поражения электротоком, что расширяет его технологические возможности. The absence of movable elements made it possible to ensure the safety of the heater’s power supply and proper protection against electric shock, which expands its technological capabilities.

Каждый из существенных признаков необходим, а их совокупность достаточна для достижения требуемого технического результата, который является эффектом от суммы признаков изобретения. Each of the essential features is necessary, and their combination is sufficient to achieve the desired technical result, which is the effect of the sum of the features of the invention.

На фиг. 1 дан нагреватель, разрез; на фиг. 2 -схема устройства. In FIG. 1 given a heater, cut; in FIG. 2-diagram of the device.

Корпус 1 (фиг. 1) нагревателя емкостью 12±1 л через изолирующие прокладки 2 установлен в заземленном кожухе 3, в котором смонтированы подающий 4, сливной 5 и верхний отводящий 6 патрубки. Корпус 1 закрыт диэлектрической монтажной перегородкой 7, несущей центральный фазный электрод 8 диаметром 20 мм и коаксиально установленный экранирующий цилиндр 9 диаметром 54 мм, связанные с источником питания через коммутатор 10 (фиг. 2) и нулевой периферийный цилиндрический электрод 11 диаметром 94 мм. На перегородке 7 установлен термодатчик 12, подключенный к магнитному пускателю 13. Housing 1 (Fig. 1) of a heater with a capacity of 12 ± 1 l through insulating gaskets 2 is installed in a grounded casing 3, in which a supply 4, a drain 5, and an upper branch pipe 6 are mounted. The housing 1 is closed by a dielectric mounting partition 7, carrying a central phase electrode 8 with a diameter of 20 mm and a coaxially mounted shielding cylinder 9 with a diameter of 54 mm, connected to a power source through a switch 10 (Fig. 2) and a zero peripheral cylindrical electrode 11 with a diameter of 94 mm. On the partition 7 is installed a temperature sensor 12 connected to a magnetic starter 13.

В замкнутой отопительной системе смонтированы радиаторы 14 (фиг. 2), конвективные теплообменники, а в верхней точке установлена расширительная компенсационная емкость 15 объемом 6±0,5 л. In a closed heating system, radiators 14 (Fig. 2), convective heat exchangers are mounted, and at the upper point an expansion compensation tank 15 with a volume of 6 ± 0.5 l is installed.

Емкость 15 служит для сбора дополнительного объема воды, образующегося вследствие расширения при нагреве, а также сбора воздуха, выделяющегося из воды при ее нагревании в корпусе 1. В водопроводной воде воздуха растворено примерно 40 мг/л, а при нагревании до максимальной расчетной температуры отопления растворимость воздуха в воде уменьшается примерно до 3 мг/л. Пузырьки воздуха всплывают в водяном потоке и поступают в емкость 15, а затем в атмосферу. Capacity 15 is used to collect additional volume of water resulting from expansion during heating, as well as to collect air released from water when it is heated in housing 1. Approximately 40 mg / l is dissolved in tap water of the air, and when heated to the maximum calculated heating temperature, solubility air in water decreases to about 3 mg / l. Air bubbles float in the water stream and enter the tank 15, and then into the atmosphere.

Питание электродного котла осуществляется от источника промышленной частоты напряжения до 1000 В и выполнено по "Правилам эксплуатации электроустановок потребителей. М. Энергоиздат, раздел 3.2, 6.1, 1992 г. The electrode boiler is powered from a source of industrial frequency voltage up to 1000 V and is made according to the "Rules for the operation of consumers' electrical installations. M. Energoizdat, section 3.2, 6.1, 1992.

Максимальное потребление тока 16 А, напряжения 220 В промышленной частоты 50 Гц. Потребляемая мощность при нагреве воды до 90^oC составляет 3,3 кВт. Защита от поражения электрическим током выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 21570.0-87 к приборам класса 1.Maximum current consumption 16 A, voltage 220 V, industrial frequency 50 Hz. Power consumption for heating water to 90 ^o C is 3.3 kW. Protection against electric shock is performed in accordance with the requirements of GOST 21570.0-87 to class 1 devices.

Охлажденная в радиаторах 14 вода под действием гравитационного напора давлением 0,2 МПа наклонной магистрали поступает в корпус 1, где нагревается электротоком при наличии разности потенциалов на нулевом 11 и фазном 8 (или фазных 8, 9) электродах по одному из режимов:
при подключении к источнику питания центрального фазного электрода 8 и нейтральном экране 9 температура воды составляет 30-38^oC;
при подключении к источнику питания экранирующего цилиндра 9 и обесточивании электрода 8 нагрев теплоносителя осуществляется до температуры 63-72^oC;
при параллельном подключении центрального фазного 8 и цилиндрического 9 электродов к источнику питания температура нагрева составляет 86-92^oC.The water cooled in the radiators 14 under the influence of a gravitational pressure of 0.2 MPa of the inclined line enters the building 1, where it is heated by electric current if there is a potential difference at the zero 11 and phase 8 (or phase 8, 9) electrodes in one of the following modes:
when connected to the power source of the Central phase electrode 8 and the neutral screen 9, the water temperature is 30-38 ^o C;
when connected to the power source of the shielding cylinder 9 and de-energized electrode 8, the heating medium is heated to a temperature of 63-72 ^o C;
with the parallel connection of the central phase 8 and cylindrical 9 electrodes to the power source, the heating temperature is 86-92 ^o C.

При наличии потенциала на фазном электроде 8 и обесточенном экране 9 нагреватель имеет максимальное резистивное сопротивление жидкости и минимальную потребляемую мощность. If there is potential on the phase electrode 8 and the de-energized screen 9, the heater has a maximum resistive resistance of the liquid and a minimum power consumption.

При отключении центрального электрода 8 от источника питания и подключении цилиндра 9 к фазе электронагрев воды происходи в кольцевом зазоре между цилиндрами 9 и 11, а внутри цилиндра 9 осуществляется конвективный нагрев воды. When the central electrode 8 is disconnected from the power source and the cylinder 9 is connected to the phase, the electric heating of water occurs in the annular gap between the cylinders 9 and 11, and convective heating of the water is carried out inside the cylinder 9.

При параллельном подключении фазных электродов 8 и 9 к источнику питания увеличивается потребляемая мощность нагревателя и снижается удельное сопротивление жидкости, что влечет повышение температуры воды в межэлектродном зазоре и в целом внутри корпуса 1. With the parallel connection of the phase electrodes 8 and 9 to the power source, the power consumption of the heater increases and the resistivity of the liquid decreases, which leads to an increase in the temperature of the water in the interelectrode gap and in general inside the housing 1.

Нагретая вода поднимается вверх и через патрубок 6 поступает к радиаторам 14, где тепло конвективно передается окружающей среде. Вода охлаждается и далее цикл повторяется. Необходимые переключения электродов 9, 11 осуществляются посредством коммутатора 10. Heated water rises and through the pipe 6 enters the radiators 14, where heat is convectively transferred to the environment. The water cools and then the cycle repeats. The necessary switching of the electrodes 9, 11 is carried out by means of the switch 10.

Уровень температуры нагрева воды в заданном диапазоне контролируется датчиком 12, от сигналов которого срабатывает пускатель 13, дискретно превышающий линию электропитания нагревателя, регулируя энерговложение. The temperature level of water heating in a given range is controlled by a sensor 12, from the signals of which the starter 13 is triggered, discretely exceeding the heater's power line, regulating the energy input.

Claims

An electrode fluid heater containing a temperature controller, an expansion tank, a switch, and in a thermally insulated casing of which is equipped with a supply and upper outlet pipes, a central phase electrode, a shielding metal cylinder and a zero cylindrical electrode, coaxially sequentially mounted on the dielectric partition, characterized in that the shielding cylinder is through the switch electrically connected to a power source and a central phase electrode.