RU2168876C1

RU2168876C1 - Electrode for electrode-type water boiler

Info

Publication number: RU2168876C1
Application number: RU99127763A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Терсков; А.А. Перепечин; В.М. Тюх
Original assignee: Ильин Андрей Павлович
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: off-line heating and hot-water supply for cottages, industrial and servicing premises, and the like. SUBSTANCE: some sections of sectionalized electrode, say, sections 2 and 3, are made of several layers in cross-sectional area one of them being posistor layer 6 adjusted to desired change-over temperature corresponding to permissible heating temperature of liquid. Other sections, say, section 1, do not have posistor layer. Liquid is first heated by current passed through all sections 1, 2, and 3. Increase in liquid temperature to permissible value corresponding to change-over setting temperature first cuts off posistor layer of section 3, then that of section 2 and further operation of these sections will be possible only after liquid cools down to definite temperature. Section 1 operates continuously to ensure permanent liquid circulation in system. EFFECT: provision for automatic-control operation of system under preset conditions. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электронагревательным приборам электродного типа, и может быть использовано в саморегулируемых нагревателях для автономного горячего водоснабжения и водяного отопления помещений различного назначения, коттеджей, служебных и жилых помещений и т. п. The invention relates to electrical engineering, in particular to electrode-type electric heaters, and can be used in self-regulating heaters for autonomous hot water supply and water heating of premises for various purposes, cottages, office and residential premises, etc.

Известен электродный нагреватель жидкости, в котором параллельно оси установлены электроды, соединенные с токоподводящими шпильками через биметаллические пластины. (А.С. СССР N 997263, кл. H 05 B 3/60, 1981 г.). A known electrode fluid heater, in which electrodes are connected parallel to the axis, are connected to current-carrying studs through bimetallic plates. (A.S. USSR N 997263, class H 05 B 3/60, 1981).

Недостатком известного устройства является неравномерная плотность тока по длине электродов в процессе нагрева жидкости, что отрицательно сказывается на его работоспособности. A disadvantage of the known device is the uneven current density along the length of the electrodes during heating of the liquid, which negatively affects its performance.

Известен электрод, входящий в состав электродного водогрейного котла, содержащий секции с токоподводами, разделенные изолятора ми, выбранный за прототип (А.С. N 2062960, кл. F 24 H 1/20, 1993 г.). Known electrode, which is part of the electrode boiler, containing sections with current leads, separated by insulators, selected for the prototype (A.S. N 2062960, class F 24 H 1/20, 1993).

В известном устройстве мощность регулируется путем переключения секций электрода со звезды на треугольник и наоборот, а, следовательно, изменением величины тока, проходящего через секции электрода и нагреваемую жидкость. In the known device, the power is regulated by switching the electrode sections from a star to a triangle and vice versa, and, consequently, by changing the magnitude of the current passing through the electrode sections and the heated liquid.

Однако такое переключение производится вручную на разобранном устройстве, что является его недостатком. However, such switching is performed manually on the disassembled device, which is its drawback.

Использование известного электрода не обеспечивает защиту водогрейного котла от перегрева, закипания, что ведет к нестабильной работе нагревательного устройства в целом. Using the known electrode does not protect the boiler from overheating, boiling, which leads to unstable operation of the heating device as a whole.

Желательно иметь электрод для электродного водогрейного котла, исключающий необходимость внешнего регулирования величины тока, проходящего через него, и обеспечивающий как защиту нагреваемой жидкости от перегрева, так и постоянную циркуляцию жидкости в системе отопления, что повышает надежность и эффективность всей системы отопления в целом. It is desirable to have an electrode for an electrode hot water boiler, eliminating the need for external regulation of the current flowing through it, and providing both protection of the heated fluid from overheating and constant circulation of the fluid in the heating system, which increases the reliability and efficiency of the entire heating system as a whole.

Это достигается тем, что в электроде для электродного водогрейного котла, содержащем секции с токоподводами, разделенные изоляторами, согласно изобретению часть секций выполнена в поперечном сечении, из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения (по другой терминологии - заданной точкой Кюри), соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем с токоподводом и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью. This is achieved by the fact that in an electrode for an electrode hot water boiler containing sections with current leads separated by insulators, according to the invention, part of the sections is made in cross section of several layers, one of which is a posistor with a given switching temperature (in another terminology - a given Curie point ), corresponding to the permissible temperature of heating the liquid, is located between the layer with the current supply and the layer in contact with the heated liquid.

При этом слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполняет функции защитного экрана и радиатора. Во всех случаях позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой. In this case, the layer in contact with the heated fluid performs the functions of a protective screen and a radiator. In all cases, the posistor layer is connected with the layers between which it is located, by a substance with good electrical conductivity, for example, silver paste.

Выполнение части секций в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем соединенным с токоподводом и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью, обеспечивает практическое прекращение прохождения электрического тока через секции и, следовательно, нагреваемую жидкость по достижении нагреваемой жидкостью температуры, соответствующей температуре переключения позистора, выбираемой заранее, и продолжение прохождения части электрического тока через другие секции, выполненные без позисторного слоя, что обеспечивает бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительной системе. The implementation of part of the sections in cross section of several layers, one of which is a posistor with a given switching temperature corresponding to the permissible temperature of the liquid, is located between the layer connected to the current supply and the layer in contact with the heated liquid, which ensures the practical termination of the passage of electric current through the sections and, therefore , heated liquid upon reaching the temperature heated by the liquid corresponding to the switching temperature of the posistor, selected in advance, and prod Continuation of the passage of part of the electric current through other sections made without a posistor layer, which ensures uninterrupted fluid circulation in the heating system.

Соответствие температуры переключения позисторного слоя секций допустимой температуре нагрева жидкости обеспечивает с учетом градиента температуры нагреваемой жидкости по длине электрода, т.е. по секциям, последовательное самоотключение секций по мере нагрева омывающей их жидкости до допустимой температуры, что исключает перегрев нагреваемой жидкости, так как через секцию без позисторного слоя идет только необходимая для циркуляции часть тока. Correspondence of the switching temperature of the posistor layer of the sections to the permissible temperature of the heating fluid ensures, taking into account the temperature gradient of the heated fluid along the length of the electrode, i.e. in sections, sequential self-shutdown of sections as the liquid washing them reaches an acceptable temperature, which eliminates overheating of the heated liquid, since only the part of the current necessary for circulation goes through the section without a posistor layer.

Расположение позитного слоя между слоем, соединенным с токоподводом, и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью и выполняющим функции защитного экрана и радиатора, обеспечивает надежную защиту от электрохимической коррозии и хороший съем тепла с позистора и, следовательно, долговечность и надежность работы. The location of the positive layer between the layer connected to the current lead and the layer in contact with the heated fluid and acting as a protective shield and radiator provides reliable protection against electrochemical corrosion and good heat removal from the posistor and, therefore, durability and reliability.

Связь позисторного слоя со слоями, между которыми он расположен, при помощи вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой, обеспечивает требуемый температурный режим и, следовательно, долговечность и надежность работы. The connection of the posistor layer with the layers between which it is located, using a substance with good electrical conductivity, such as silver paste, provides the required temperature and, therefore, durability and reliability.

На фиг. 1 изображен электрод для электродного водогрейного котла (в качестве примера, цилиндрической формы, т.к., естественно, форма может быть любая) с вырезом четверти. На фиг. 2 - вид I на фиг. 1. На фиг. 3 приведена характерная зависимость сопротивления позистора от температуры (Э.Д. Мэклин. Терморезисторы. - М.: Радио и связь, 1983 г., рис. 11.6, стр. 151). In FIG. 1 shows an electrode for an electrode hot water boiler (as an example, a cylindrical shape, because, naturally, the shape can be any) with a quarter cut. In FIG. 2 is a view I in FIG. 1. In FIG. Figure 3 shows the characteristic dependence of the resistance of the posistor on temperature (E.D. Macklin. Thermistors. - M.: Radio and Communications, 1983, Fig. 11.6, p. 151).

Электрод содержит секции 1, 2 и 3 (число их может быть любое) с токоподводами, объединенными в общий токоподвод 4, подсоединяемый к внешней электрической цепи (не показана). Часть секций, а именно секции 2 и 3, выполненные в поперечном сечении из нескольких слоев, содержат позисторный слой 6. Т.е. слой, выполненный в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. Позисторный слой 6 может быть выполнен, например, из резиноподобного или керамического материала на основе титаната бария (BaTiO₃) с разными добавками. При этом температура переключения позисторного слоя 6 определяется по любой из известных методик, применяемых при разработке аналогичных изделий, например путем подбора. А именно, сначала задается температура переключения, равная допустимой температуре нагрева жидкости. По справочникам подбирается наиболее подходящий серийный позистор, изготавливается и испытывается опытный образец, и по результатам испытаний корректируется температура переключения позисторного слоя 6, так как она взаимосвязана, соответствует допустимой температуре нагрева жидкости. И затем решается вопрос об использовании серийных или разработке специальных позисторов для создания позисторного слоя 6 электрода для электродного нагревателя. Секция 1 без позисторного слоя 6. 7 - защитный экран - радиатор, т.е. слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью и защищающий позисторный слой 6 от электрохимической коррозии и отводящий от него тепло. Слои 5, 6 и 7 связаны между собой связующими слоями 8, выполненными из вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пасты. Секции 1, 2 и 3 разделены между собой изоляторами 9 с хорошим электротермосопротивлением. По торцам электрод снабжен нижним защитным слоем 10 и верхним защитным слоем 11.The electrode contains sections 1, 2 and 3 (their number can be any) with current leads, combined into a common current lead 4, connected to an external electrical circuit (not shown). Part of the sections, namely sections 2 and 3, made in cross section of several layers, contain a posistor layer 6. That is, a layer made as a posistor with a given switching temperature corresponding to the allowable temperature of the heating fluid. The posistor layer 6 can be made, for example, of a rubber-like or ceramic material based on barium titanate (BaTiO ₃ ) with various additives. In this case, the switching temperature of the posistor layer 6 is determined by any of the known methods used in the development of similar products, for example, by selection. Namely, the switching temperature is first set equal to the allowable temperature of the heating fluid. According to the reference books, the most suitable serial posistor is selected, a prototype is manufactured and tested, and the switching temperature of the posistor layer 6 is adjusted according to the test results, since it is interconnected, corresponds to the permissible temperature of the heating fluid. And then the question of using serial or developing special posistors to create a posistor layer 6 of the electrode for the electrode heater is decided. Section 1 without a posistor layer 6. 7 - a protective screen - a radiator, i.e. a layer in contact with the heated fluid and protecting the posistor layer 6 from electrochemical corrosion and heat removing from it. Layers 5, 6 and 7 are interconnected by bonding layers 8 made of a substance with good electrical conductivity, such as silver paste. Sections 1, 2 and 3 are separated by insulators 9 with good electrothermal resistance. At the ends, the electrode is equipped with a lower protective layer 10 and an upper protective layer 11.

Электрод работает следующим образом. The electrode operates as follows.

При начальной подаче напряжения на электрод, входящий в состав электродного водогрейного котла (не показан) и, естественно, находящийся во взаимодействии с другим электродом, связанным с ним электрически, расположенный в нагреваемой жидкости, температура которой меньше температуры переключения позисторного слоя 6 секций 2 и 3, через него проходит электрический ток по всем секциям 1,2 и 3, нагревающий жидкость. Параметры протекающего электрического тока зависят, в основном, от напряжения между электродами, сопротивления позисторных слоев 6 секций 2 и З и сопротивления жидкости. При комнатных значениях температуры величина сопротивления позистора (см. фиг. 3) лежит в области единиц Ом. Падение напряжения на позисторных слоях 6 секций 2 и 3 невелико, выделяемая ими мощность мала и легко снимается защитными слоями экранами - радиаторами 7 и не особо влияет на величину тока в цепи. По мере нагрева жидкости нагреваются и позисторные слои 6 секции 2 и 3, при этом их сопротивление сначала даже несколько падает. Но при достижении температуры переключения (точка Tп на фиг. 3), выбираемой конструктивно, в нашем случае это 95^oC, в позисторном слое 6 сначала секции 3, резко возрастает скорость изменения сопротивления, на порядки. И позисторный слой 6 секции 3 "запирается", так как нагреваемая жидкость уже не может охлаждать позисторный слой 6, ибо сама нагрета до температуры, соответствующей температуре переключения. Т.е. при достижении температуры переключения позисторный слой 6 резко уменьшает ток через себя до величины поддержания саморазогрева. А это практически означает прекращение нагрева жидкости секцией 3 до тех пор, пока ее температура не станет ниже температуры переключения позисторного слоя 6.When the voltage is initially applied to the electrode, which is part of the electrode boiler (not shown) and, naturally, interacts with another electrode, electrically connected, located in a heated liquid, the temperature of which is lower than the switching temperature of the posistor layer 6 sections 2 and 3 , through it passes an electric current in all sections 1,2 and 3, heating the liquid. The parameters of the flowing electric current depend mainly on the voltage between the electrodes, the resistance of the posistor layers 6 of sections 2 and 3, and the resistance of the liquid. At room temperature values, the resistance value of the posistor (see Fig. 3) lies in the range of units of Ohms. The voltage drop across the posistor layers 6 of sections 2 and 3 is small, the power emitted by them is small and is easily removed by the protective layers of screens - radiators 7 and does not particularly affect the amount of current in the circuit. As the fluid heats up, the posistor layers 6 of sections 2 and 3 are also heated, while their resistance even slightly decreases at first. But when the switching temperature is reached (point Tп in Fig. 3), which is selected constructively, in our case it is 95 ^o C, in the posistor layer 6 first of section 3, the rate of resistance change sharply increases, by orders of magnitude. And the posistor layer 6 of section 3 is "locked", since the heated liquid can no longer cool the posistor layer 6, because it is itself heated to a temperature corresponding to the switching temperature. Those. when the switching temperature is reached, the posistor layer 6 sharply reduces the current through itself to the value of maintaining self-heating. And this practically means stopping the heating of the liquid by section 3 until its temperature drops below the switching temperature of the posistor layer 6.

При дальнейшем нагреве жидкости оставшимися в работе секциями 2 и 1, нижняя граница слоя жидкости, нагретой до допустимой температуры, при определенных обстоятельствах может опуститься, захватив секцию 2. В этом случае позисторный слой 6 секции 2 "запирается" аналогично "запиранию" позисторного слоя 6 секции 3. Теперь уже в нагреве жидкости не будут участвовать секции 3 и 2. При этом секция 1 работает постоянно, обеспечивая необходимый подогрев жидкости и ее циркуляцию в системе отопления. При остывании жидкости, омывающей секции 2 и 3, ниже температуры, соответствующей температуре переключения позисторного слоя 6, секции, сначала секция 2, затем, если остывание продолжается, секция 3, включаются в работу поочередно. Таким образом, электрод способен сам выйти на установившийся режим работы. With further heating of the liquid by sections 2 and 1 remaining in operation, the lower boundary of the liquid layer heated to an acceptable temperature may fall under certain circumstances, capturing section 2. In this case, the posistor layer 6 of section 2 is "locked" similarly to the "locking" of the posistor layer 6 sections 3. Now sections 3 and 2 will no longer participate in the heating of the liquid. In this case, section 1 works continuously, providing the necessary heating of the liquid and its circulation in the heating system. When cooling the liquid washing sections 2 and 3, below the temperature corresponding to the switching temperature of the posistor layer 6, sections, first section 2, then, if cooling continues, section 3, are switched on in turn. Thus, the electrode is capable of reaching steady-state operation itself.

Использование заявленного электрода в электродном водогрейном котле для циркуляционных систем водяного отопления помещений позволяет в короткий срок прогреть помещение и автоматически выйти на стабильное поддержание температуры при постоянной циркуляции жидкости в системе, что может обеспечить ему широкое применение. The use of the claimed electrode in an electrode boiler for circulating water heating systems allows you to warm up the room in a short time and automatically reach stable temperature maintenance with constant liquid circulation in the system, which can ensure its widespread use.

Claims

1. The electrode for the electrode boiler, containing sections with current leads, separated by insulators, characterized in that part of the sections is made in cross section of several layers, one of which is a posistor with a given switching temperature corresponding to the allowable temperature of the heating fluid, located between the layer, connected to the current lead, and the layer in contact with the heated fluid.

2. The electrode according to claim 1, characterized in that the layer in contact with the heated fluid performs the functions of a protective screen and a radiator.

3. The electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the posistor layer is connected with the layers between which it is located, a substance with good electrical conductivity, such as silver paste.