RU2453776C1 - Способ нагрева жидкости (варианты) и устройство для нагрева жидкости (варианты) - Google Patents
Способ нагрева жидкости (варианты) и устройство для нагрева жидкости (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453776C1 RU2453776C1 RU2011108834/06A RU2011108834A RU2453776C1 RU 2453776 C1 RU2453776 C1 RU 2453776C1 RU 2011108834/06 A RU2011108834/06 A RU 2011108834/06A RU 2011108834 A RU2011108834 A RU 2011108834A RU 2453776 C1 RU2453776 C1 RU 2453776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- liquid
- electrodes
- electrolyte
- tank
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 64
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 37
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 13
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 10
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100409106 Caenorhabditis elegans pqm-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 239000010794 food waste Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/18—Water-storage heaters
- F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
- F24H1/201—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
- F24H1/203—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply with electrodes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/22—Methods of steam generation characterised by form of heating method using combustion under pressure substantially exceeding atmospheric pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
- F22B1/30—Electrode boilers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
- F24H15/124—Preventing or detecting electric faults, e.g. electric leakage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
- F24H15/128—Preventing overheating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
- F24H15/156—Reducing the quantity of energy consumed; Increasing efficiency
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
- F24H15/174—Supplying heated water with desired temperature or desired range of temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
- F24H15/212—Temperature of the water
- F24H15/223—Temperature of the water in the water storage tank
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
- F24H15/246—Water level
- F24H15/248—Water level of water storage tanks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
- F24H15/305—Control of valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
- F24H15/335—Control of pumps, e.g. on-off control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
- F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
- F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
- F24H9/1818—Arrangement or mounting of electric heating means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
- F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
- F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
- F24H9/2021—Storage heaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
Abstract
Изобретение относится к энергетике и может использоваться в электроводонагревателях для нагрева воды. Устройство для нагрева жидкости состоит из резервуара, электродов и проводящей жидкости. В резервуаре находятся жидкость и электроды. Электроды соединяются для протекания тока в проводящей жидкости. Устройство также оснащено непроводящим ток накопительным резервуаром для содержания электролита. Для подачи электролита в основной резервуар он оснащен системой переключателей. Приспособление имеет электрический параметрический датчик для сканирования параметров электроэнергии, переданной проводящей жидкости. На случай отклонения от заданных параметров устройство подключено к контроллеру, который способен пополнить проводящую жидкость электролитом в автоматическом режиме. По второму варианту устройство может иметь несколько резервуаров, разделенных перегородками. Предложенный способ и устройство путем изменения проводимости или регулирования пропускаемого через воду тока способствует более быстрому нагреву и упрощает возможность контроля за процессом. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Родственные заявки и приоритет
Данная патентная заявка истребует приоритет временной патентной заявки США «Нагрев жидкости электрическим током» №61/088,720 от 13 августа 2008 г. (см. ссылки). Настоящая заявка также истребует приоритет временной патентной заявки США «Аппарат для паровой обработки пищи с использованием непрерывного нагрева воды электричеством» №61/178,970 от 16 мая 2009 г. (см. ссылки). Заявка является родственной по отношению к патентной заявке США «Аппарат для паровой обработки пищи с использованием непрерывного скоростного нагрева воды», государственный регистрационный №221-003 от 13 августа 2009 г. («Заявка 221-003», см. ссылки).
Область применения
В заявленном патенте речь идет о нагреве жидкости. Более конкретно, он касается способа нагрева жидкости посредством пропускания через нее электрического тока.
Текущий технологический уровень
При обычном электрическом нагреве жидкости ток проходит через резистивный нагревательный элемент, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Нагреваясь, резистивный элемент передает тепло жидкости, повышая ее температуру. Эта схема широко применяется в таких приборах, как водонагреватели для жилых и коммерческих объектов, в бытовой технике, например, в посудомоечных машинах, а также в промышленности. Подобный способ нагрева жидкости оказывается не совсем удачным, поскольку поверхность резистивного нагревательного элемента достигает температур, намного превышающих температуру жидкости. Более высокая температура поверхности приводит к тому, что химические вещества и примеси в жидкости вступают в химические реакции, выпадают в осадок и налипают на горячую поверхность резистивного нагревательного элемента, образуя отложения на его оболочке. Со временем этот слой нарастает и препятствует передаче тепловой энергии. Изолированный таким образом нагревательный элемент перегревается, а его КПД снижается. Рост рабочей температуры нагревательного элемента, в конце концов, приводит к его разрушению. Кроме того, при нагреве жидкости с помощью стандартного резистивного нагревателя, электроэнергия, преобразуемая резистивным элементом, должна сначала нагреть сам нагревательный элемент, затем его оболочку, весь известковый налет на поверхности, и только потом саму жидкость. Поэтому нагрев жидкости происходит с некоторой задержкой.
Чтобы решить эту проблему, можно периодически удалять известковый налет с резистивного нагревателя, тем самым предотвращая его перегрев и частую замену. Процесс удаления минеральных осадков требует длительного времени, денежных затрат и применения дорогостоящих и потенциально опасных агрессивных химических составов, наносящих ущерб окружающей среде.
Таким образом, для нагрева жидкости нужны улучшенные технологии, и именно они предложены в этой заявке на патент.
Краткие сведения об изобретении
Одним из аспектов настоящей заявки на патент является устройство для нагрева жидкости. Устройство состоит из резервуара, электродов и проводящей жидкости. В резервуаре находятся жидкость и электроды. Электроды соединяются для протекания тока в жидкости.
Также устройство оснащено непроводящим ток накопительным резервуаром для содержания электролита. Для подачи электролита в бак (основной резервуар) он оснащен системой переключателей. Приспособление имеет электрический параметрический датчик для сканирования параметров электроэнергии, переданной проводящей жидкости. На случай отклонения от заданных параметров устройство подключено к контроллеру, который способен пополнить проводящую жидкость электролитом в автоматическом режиме. Кроме того в предложенном устройстве в качестве заданного параметра используется ток, и электрический параметрический датчик считывает значение тока, устройство дополнительно укомплектовано источником питания для подачи тока, механизмом для возможной подачи электролита в резервуар, контроллер управляет работой вышеупомянутого механизма и может содержать один или несколько вышеупомянутых механизмов, содержащих насос и клапан. Устройство может быть укомплектовано стоком жидкости, соединенным с приемником горячей воды, а сток жидкости может быть соединен с посудомоечной машиной, резервуар состоит из первого и второго отсеков, где в первом отсеке расположен первый электрод, а во втором отсеке - второй электрод. Устройство может быть укомплектовано источником питания для питания первого электрода и может быть дополнительно укомплектовано температурным датчиком и контроллером температуры, где контроллер используется для обеспечения подвода электроэнергии к электродам, когда температура ниже заданной.
Еще одним аспектом, освещаемым в настоящей заявке на патент, является способ нагрева жидкости. Способ включает подготовку резервуара с расположенными в нем электродами, создание потока проводящей жидкости между электродами, обеспечение системы для регулировки электропроводности проводящей жидкости, создание электрического тока в проводящей жидкости между электродами, считывание показаний тока, использование указанной системы для автоматической регулировки электропроводности для обеспечения заданного тока. При этом автоматическая регулировка электропроводности подразумевает добавление электролита, используют проводящую жидкость, содержащую воду и электролит с солью, добавление электролита включает в себя добавление раствора, содержащего соль, автоматическая регулировка электропроводности включает в себя использование контроллера, который управляет работой, по крайней мере, одной группы устройств, состоящей из насоса и клапана.
Другим вопросом, раскрывающимся в данной заявке на патент, является устройство для нагрева жидкости. В этом устройстве для нагрева жидкости расположены резервуар с множеством отсеков, подача воды, водослив (входной, выходной потоки воды), электроды, перегородка и жидкость. В отсеках резервуара находятся жидкость и электроды. Жидкость достаточно электропроводна для того, чтобы пропускать ток между электродами. Перегородка разделяет указанные отсеки и включает первую стенку, которая имеет верхнюю часть и выполнена с возможностью пропускать жидкость к смежной верхней части и содержит вторую стенку, которая имеет нижнюю часть, вторая стенка выполнена с возможностью пропускать жидкость к смежной нижней части.
Перегородка расположена между множеством отсеков резервуара. Следующим аспектом, освещаемым в настоящей заявке на патент, является способ нагрева жидкости, заключающийся в подготовке резервуара с расположенными в нем электродами, создании потока проводящей жидкости между электродами, подаче напряжения между электродами и протекании тока в жидкости между электродами, регулировке тока для обеспечения заданного значения без изменения напряжения. Кроме того, способ характеризуется автоматической настройкой проводимости жидкости, посредством добавления электролитического вещества для обеспечения заданного уровня тока, а электроэнергия подается от цепи в розетке и имеет максимальные значения тока и линейного напряжения, напряжение равно напряжению в розетке и устанавливаемое значение тока составляет более 60% от максимально возможного тока в этой цепи.
Краткое описание чертежей
Все вышеизложенное будет предельно ясно из последующего подробного описания, проиллюстрированного на прилагающихся чертежах, сделанных не в масштабе для лучшего понимания, среди которых:
Фиг.1а - поперечный разрез варианта конструкции устройства для нагрева жидкости, согласно настоящей заявке на патент, состоящей из отсеков резервуара с множеством электродов, проводящей жидкости под давлением, протекающей между электродами, сосуда с электролитом, и контроллера для обеспечения жидкости электролитом с целью усиления ее электропроводности.
Фиг.1b - трехмерный вид другого варианта конструкции устройства для нагрева жидкости с фиг.1а, в котором жидкость находится под атмосферным давлением.
Фиг.2а - трехмерное изображение устройства для нагрева жидкости по частям с фиг.1а.
Фиг.2b - трехмерное изображение перегородки, электродов, и соединительные провода устройства для нагрева с фиг.1а.
Фиг.3 - структурная схема электропитания и контроллера устройства для нагрева жидкости с фиг.1а.
Подробное описание
Устройство 18, 18' для нагрева поступающей жидкости 19 состоит из резервуара 20, 20', где в отсеке резервуара 20 находится электродная установка 22 и в отсеке 20с электродная установка 23, как показано на фиг.1а-1b. В одном из исполнений трехфазовая электродная установка 22 состоит из электродных пластин 22а-22а', 22b-22b', 22с-22с'', а трехфазовая электродная установка 23 состоит из таких же пластин 23а-23а', 23b-23b'', 23c-23c', как показано на фиг.2а-2с. В резервуаре 20 находится проводящая жидкость 24, которая изолирована от наружной поверхности резервуара 20, 20'. Устройство для нагрева жидкости можно использовать для нагрева холодной жидкости 24, повышая температуру ранее нагретой жидкости или поддерживая температуру прежней.
Резервуар 20, 20' может быть изготовлен из металла (например, из стали), покрытого изнутри диэлектрическим материалом 25: фторополимером, стеклом или фарфором. Резервуар 20, 20' также изолирован и помещен в контейнер (не показан), изолирующий его в дальнейшем. При слабом давлении резервуар 20, 20' допустимо выполнять из диэлектрического материала, такого как пластик.
В одном случае устройство для нагрева жидкости 18, 18' использовалось для повышения температуры поступающей жидкости 19, например воды из городского водоснабжения, что протекала через резервуар 20, 20'. Вливающаяся жидкость 19 может поступать прямо из водопровода или она может быть ранее очищена, использована, или нагрета в любом другом нагревательном устройстве. Допустим, втекающая жидкость 19 имеет начальную температуру 150°F и для повышения ее до 200°F используется устройство для нагрева жидкости 18, 18'.
Входящая жидкость 19 должна быть на водной основе или содержать большое количество воды, как, например, морская вода, отстойная вода, молоко, кровь, биологические жидкости, отработанные пищевые отходы, смесь отработанных органических отходов, чистящие средства, пиво и вино. В качестве теплопроводящей жидкости 19 также может быть спиртом, например этанолом или гликолем, или веществом на основе парафина. Если жидкость 19 отлична от водного раствора, тогда раствор электролита 26 должен содержать присадки, проводящие ток, подходящие для данной жидкости. Образуемая смешением втекающей жидкости 19 и раствором электролита 26, проводящая жидкость 24 позволяет существенно ускорить протекание тока между электродами и электродными установками 22, 23, нежели без смешивания. При сильном электротоке проводящая жидкость 24 сохраняет тепло в течение всего времени нахождения в резервуаре 20, 20'.
Электролит 26 добавляется к втекающей жидкости 19, чтобы улучшить проводимость жидкости по сравнению с использованием только втекающей жидкости 19. Электролит 24 может быть жидким или твердым. В одном из вариантов конструкции электролитическое вещество 26 - это сам раствор электролита. Например, электролитическое вещество 26 может быть водным раствором, содержащим электролит солей (металлов), как хлорид натрия и хлорид калия. В дополнение к солям могут быть использованы водные растворы таких дополнительных водных электролитических растворов, как карбонат натрия, бикарбонат натрия, гидроксид натрия, соляная кислота, аммиачная селитра, азотная кислота и уксусная кислота. Также можно использовать водные растворы других солей или других проводящих растворов. Чистящие вещества, моющие растворы, защитные частицы от коррозии металла или смесь этих веществ могут добавляться в электролит 26.
В одном из проектов устройство для нагрева жидкости 18, 18' содержит питающий сосуд с электролитом 28, соединенный с отсеком резервуара 20s через впускную трубу 30а этого сосуда, для подачи электролита 26 в отсек 20а. Подача осуществляется с помощью насоса или самотеком. Электролит 26 может быть добавлен во втекающую жидкость 19 в впускной трубе 30b, прежде чем жидкость 19 попадет в отсек резервуара 20а, как показано на фиг.1а. В качестве альтернативы, электролит 26 можно добавить в отсек 20а с помощью его собственной впускной трубы 30с, отдельно от втекающей жидкости 19, поступающей через впускную трубу 30д, как показано на фиг.1b.
В другом варианте конструкции накопительный резервуар с электролитом может располагаться отдельно от устройства для нагрева жидкости 18, 18'. Например, в качестве накопительного резервуара с проводящей жидкостью может быть установка для умягчения воды, содержащая водный раствор с солями электролита.
В экспериментальной установке электролитом 26 являлся водный раствор поваренной соли, с концентрацией хлорида натрия 30000 частиц на миллион. Электролитический раствор был получен смешиванием ¼ чайной ложки соли и 7 галлонов (26, 46 л) воды. Для получения проводящей жидкости 24 использовали точное количество электролита и водопроводную воду города Винуски (штат Вермонт, США), концентрация которой составляла 90 частиц на миллион. В данном тесте была получена проводящая жидкость 24 с концентрацией хлорида натрия в пределах сотен частиц на миллион.
В другом варианте конструкции устройство для нагрева жидкости 18, 18' содержит переключатель 36 с функцией программного запроса величины протекания тока к электродным установкам 22, 23. Устройство 18, 18' также содержит подключенный контроллер 38, который считывает данные переключателя 36 для автоматического управления течением от электролита 26 до отсека резервуара 20а.
В вышеописанной экспериментальной модели в качестве втекающей жидкости 19 использовалась водопроводная вода и раствор электролита 26 с концентрацией хлорида натрия 30 000 частиц на миллион, а также были использованы переключатели 36 для управления током и раствором электролита. Экспериментаторы, проводившие этот опыт, использовали переключатели с функцией программного запроса тока для получения такого необходимого объема электролита 26, чтобы водопроводная вода обладала следующей проводимостью: при установлении напряжения в 208 В между парами электродных пластин установок 22, 23 протекал ток 32 А.
Эти 32 А составляли более 60% от максимально возможного значения тока 50 А питающей энергии от розетки. Устанавливаемое значение тока может быть и выше, например, 70% или вплоть до 80% порогового значения тока в электрической цепи настенной розетки. Этот электрический ток, протекающий в проводящей жидкости 24 между парой электродных пластин в электродных установках 22, 23, повышал температуру жидкости с 150 градусов по Фаренгейту на входной части 39 примерно до 200 градусов на стоке 40 резервуара 20, 20'. Затем эта нагретая вода использовалась для дезинфекционной обработки использованной посуды в промышленных посудомоечных машинах. С расходом водопроводной воды в 293 галлона/час (1107 л/час) через резервуар 20, 20' для дезинфекционной обработки использовался небольшой насос, чтобы перемешать раствор хлорида натрия с концентрацией 30000 частиц на миллион. Таким образом, посредством протекания тока в проводящей жидкости 24 между электродами в резервуаре 20, 20', ей было передано необходимое количество тепла, что повысило температуру на 50°F. Исследуя выходной поток проводящей жидкости 24 из резервуара 20, 20', экспериментаторы обнаружили, что концентрация хлорида натрия там составляла 450 частиц на миллион.
Устройство 18, 18' также можно использовать и для центрального отопления в домах. С этой целью в качестве входящей жидкости 19 может использоваться вода, которая циркулирует между напольным нагревателем и устройством 18, 18'. В других вариантах устройством, в которое поступает нагретая вода, может быть кран с горячей водой, душевая насадка, бочка с горячей водой, автомойка, бассейн с подогревом, или другой промышленный объект, нуждающийся в горячей воде. Вода, поступающая во входную часть 39, может быть проводником, в случае если она содержит электролит от умягчителя воды или если это циркулирующая вода, в которую заранее добавлен электролит.
Устройство 18, 18' предусматривает повышение или понижение концентрации электролита в проводящей жидкости 24, протекающей в резервуаре 20, 20'', для поддержания предусмотренного значения тока. Для повышения концентрации электролита в проводящей жидкости 24 добавляется большее количество электролитного раствора 26. В одной из конструкций этого добивались с помощью вливания раствора 26 в течение увеличивающейся продолжительности времени, в то время как водопроводная вода подавалась через резервуар 20, 20'. Для уменьшения концентрации электролита в проводящей жидкости 24 электролитическое вещество 26 вливали меньшее количество времени, в то время как водопроводная вода протекала через резервуар 20, 20'. Таким образом, устройство 18, 18' допускает изменение концентрации проводящих растворов жидкости 24 в обоих направлениях.
Повышение концентрации проводящих растворов в жидкости 24 повышает ее проводимость, которая усиливает протекание тока через жидкость 24 при заданном напряжении. Ток и скорость нагрева возрастают пропорционально, так как скорость нагрева - это ток, который превышает напряжение. Подобным образом, уменьшение концентрации проводящего раствора снижает скорость нагрева.
Насос 41 соединен от питающего сосуда 28 с электролитом 26 к резервуару 20, 20' впускной трубой 30. В одном устройстве, собранном заказчиками, использовался шестеренчатый насос модели PQM-1/230 АС, поставленный компанией Greylor (Кейп Корал, штат Флорида, США). Могут использоваться и другие насосы, такие как шланговый насос серии Mec-o-matic VSP компании Pulsafeeder (корпорация Idex).
В прототипах экспериментаторы встраивали контроллер 38 обычно с открытым переключателем 36 с функцией программного запроса тока и точно таким же закрытым переключателем 42. Такие переключатели можно заказать в корпорации Eaton (Кливленд, штат Огайо, США), с номерами партий ECSNOASP и ECSNCASP соответственно. Когда отметка тока падает ниже заданного значения в 32 А, обычно открытый переключатель 36 закрывается, поворачивая насос 41 и открывая клапан 110.
Как правило, закрытый переключатель с функцией программного запроса тока 42 открывается, если ток превысит отметки заданного значения, например в 38 А. В обычном состоянии закрытый переключатель тока 42 открывается в целях повышенной безопасности от тока и соединяется множеством проводов с переключателем 36, предохраняющим от перенагрузки. Если ток превысил установленное значение в 38 А, то открылся бы закрытый в обычном состоянии переключатель 42, останавливая работу насоса 41 и течение электролита 26 в резервуар 20, 20'. Если сила тока падает ниже заданной отметки в 38 А, откроется переключатель 42, закрытый в обычном состоянии. Когда ток падает ниже отметки 32 А, оба переключателя 42 и 36 перекрываются, насос 42 возобновит накачивание и электролит 26 снова пропускается через резервуар 22а, чтобы повысить значение тока до 32 А.
В другом варианте конструкции на насос 41 и клапан 110 одновременно подается напряжение, для того чтобы предотвратить падение давления, и, как следствие, отток раствора электролита из питающего сосуда 28 при выключенном насосе 41.
В другом случае в устройстве электролитический раствор 26 подается под силой тяжести. При таком воплощении, когда переключатель с функцией запроса тока 36 обнаруживает его падение ниже заданного значения в 32 А, переключатель 36 закрывается, приводя в действие гидрораспределитель с электромагнитным управлением 110, выключенный в обычном состоянии. Включение гидрораспределителя с электромагнитным управлением 110 позволяет электролитическому раствору 26 течь под собственной силой тяжести (самотеком) в резервуар 20, 20'. В таком случае в любом из вариантов электролитический раствор 26 автоматически подается в резервуар 20, 20', для того чтобы достигнуть заранее настроенной величины тока при линейном напряжении, и такие ток и напряжение обеспечивают заранее предусматриваемую скорость нагрева.
В отличие от этого возможность протекания втекающей жидкости 19 для заполнения резервуара 20, 20' без применения электролита 26 разжижает его концентрацию в проводящей жидкости 24 резервуара 20, 20', снижение проводимости проводящей жидкости 24 и уменьшение протекания тока через нее. Таким образом, как только нагретая жидкость 24 вытекает из резервуара 20, 20', вливается новая жидкость 19, и проводимость проводящей жидкости 24 в резервуаре 20, 20' постоянно регулируется для обеспечения и поддержания заданного уровня тока.
Входная часть 39 электрически изолирована прокладкой из диэлектрического материала 51 и жидкость на стоке 40 изолирована с помощью диэлектрических прокладок 53 для изоляции впускной металлической трубы 30 и выходной трубы 54 из резервуара 20, 20', предотвращая утечку жидкости из труб 30 и 54. Прокладки 51 и 53 содержат заземляющие кабели, которые соединяют проводящую жидкость 24 с землей, посредством защитного устройства от утечки на землю. Если ток в землю превышает пороговое значение, то с помощью этого устройства все питание резервуара 20, 20' отключится. Резервуар 20, 20' также имеет свой заземляющий кабель.
Жидкость на стоке 40 соединена с агрегатом или системой (здесь не показаны): например, с промышленной или домашней посудомоечной машиной, в которой нагретая вода 56 будет использоваться для дезинфекции посуды.
В конструкции на фиг.1b резервуар 20, 20' негерметичен, скажем при атмосферном давлении, и поплавковое реле уровня в резервуаре 20, 20 контролирует работу соленоида, приводимого в действие наполнительным клапаном, соединенным в свою очередь с входной частью для поступающей жидкости 39. Поплавковый переключатель может быть из партии серии М8700 от компании Madison Company, Branford СТ.
В устройстве для нагрева жидкости 18, 18', созданном кандидатами, резервуар 20, 20' имеет три разделительных участка 20а, 20b, 20с. Предварительно нагретая водопроводная вода, попавшая в входную часть 39, находится на дне 62 первого участка 20а, как показано на фиг.1а, 1b. Соленый водный электролитический раствор 26 заполнился в отсеке 20а для производства проводящего раствора 24.
Проводящая жидкость 24 была нагрета током, проходящим в проводящей жидкости 24 между электродными пластинками 22а-22а', 22b-22b', 22c-22c' первой электродной установки 22 первого отсека 20а. Нагретая проводящая жидкость 24 поднимается до верхней части 68 первого отсека резервуара 20а и вытекает из него через отверстия 74 в верхней части 76 первой стенки 78 перегородки и впускного промежуточного резервуара 20b, затем проводящая жидкость 24 вытекает из среднего резервуара 20b через отверстия 86 на дно 88 второй стенки 90 перегородки и попадает в третий отсек резервуара 20с, где нагревается током, протекающим в проводящей жидкости 24 между электродными пластинками 23а-23а', 23b-23b', 23c-23c' во второй электродной установке 23. Нагретая проводящая жидкость поднимается до верхней части 102 третьего отсека резервуара 20с, и последующая нагретая вода вытекала по стоку 40 третьего отсека 20с.
Эксперимент показал, что растворенная твердая фаза, которая обычно имеет место в водопроводной воде, не выпадала в осадок и не образовывала известковых отложений на электродных пластинках 22а-22а', 22b-22b', 22c-22c' и 23а-23а', 23b-23b', 23c-23c', как это обычно происходило при нагреве стандартными резистивными нагревателями. Известковый налет отсутствовал, потому что электродные установки 22 и 23 сохраняют температуру жидкости, в которой они погружены, тогда как стандартные резистивные нагреватели работают при более высоких температурах. Таким образом, данная система уменьшает или устраняет надобность удаления извести или частой замены, как это происходит в нагревателях резистивного типа.
В такой конструкции в среднем отсеке резервуара 20b нет электродов; средний отсек 20b служит для избегания набегания воды из-за повышения температуры, улучшающей процесс. Время нахождения воды в каждом отсеке резервуара увеличивается. Так, если резервуар 20, 20' изначально пустой, вода сначала полностью заполняет отсек 20а, прежде чем начать выливаться через отверстия 76 в верхней части первой стенки 78 перегородки и перетекать в отсек 20b, тем самым максимально увеличивая время стояния в отсеке резервуара 20а. Затем эта вода попадает на дно третьего отсека резервуара 20с через отверстия 86 на нижней части второй стенки 90 перегородки и остается в отсеке 20с до тех пор, пока он полностью не заполнится, далее вода вытекает по стоку 40 в верхней части отсека 20с, максимально увеличивая время нахождения воды здесь.
В конструкции с атмосферным давлением, так как проводящая жидкость 24 вытекала из третьего отсека резервуара 20с в посудомоечную машину, поплавковый переключатель 55 приводил в действие гидрораспределитель с электромагнитным управлением 110 и предварительно нагретая до 150°F водопроводная вода втекала в первый отсек резервуара 20а. Поплавковый переключатель 55 был поставлен компанией Madison (штат Коннектикут, США), с серийным номером М8700. Предварительно нагретая до 150°F водопроводная вода вылилась в резервуар 20а, снизив концентрацию соли в проводящей жидкости 24 в первом отсеке резервуара 20а, тем самым уменьшая ее проводимость в этом отсеке, и уменьшая ток между электродными пластинками 22а, 22b, 22с в первом отсеке 20а.
При снижении силы тока ниже заданного значения регулятор 36 включает насос 41 для подачи дополнительного электролитического материала 26 в первый отсек резервуара 20а. Повышение электропроводности жидкости 24 приводит к увеличению силы тока между электродами в электродных установках 22, 23 и вызывает повышение скорости нагрева в отсеках резервуара 20а, 20с. Насос 41 работает до тех пор, пока сила тока не достигнет 32 А. При этом значении переключатель 36 отключает насос 41 и подача электролитического материала 26 в отсек резервуара 20а временно прекращается. При этом ток продолжает течь между электродами установок 22 и 23. Насос 41 периодически включается и отключается, чтобы поддерживать силу тока в 32 А, до тех пор пока температура воды в стоке 40 не достигает заданного значения.
В герметичной системе на фиг.1а поплавковый переключатель ненужен, и в отсеках резервуара 20а, 20b, 20с постоянно находится вода под давлением.
Как показано на фиг.1а, 1b и 3, в качестве температурных датчиков 112 и 113 для измерения температуры проводящей жидкости 24 в первом отсеке 20а и третьем отсеке 20с резервуара используются термопары типа К. Температурный контроллер 114, соединенный с температурными датчиками 112 и 113, отключает подачу тока на электродные установки 22, 23 в том случае, если температура достигает заданного значения. В данном случае на прототипе была установлена температура 200°F. Таким образом, проводящая жидкость 24 не перегревалась, а для достижения заданной температуры использовалось минимальное количество электроэнергии. Такие температурные сенсоры, как термисторы, также могут использоваться в устройстве. Подача энергии на электродные установки в обоих отсеках резервуара прототипа осуществлялась от одного источника питания. В прототипе использовалась модель температурного контроллера ЕСМ-40 от компании Athena Controls, Plymouth Meeting, Pennsylvania и термопары типа К.
В температурной цепи трехфазный переменный ток подается через временную электропроводку клеммной колодки 130 и параллельно подается на обе обкладки электродов в установках 22, 23 через релейные установки 138 и 140. Установка 138 состоит из 3 твердотельных реле 138а, 138b, 138с, а установка 140 - из 3-х твердотельных реле 140а, 140b, 140с. Каждое из 3-х твердотельных реле подключается к 1-й фазе источника питания. Твердотельное реле 138 подключается к электродам 22а, 22b, 22с установки 22, а реле 140 - к электродам 23а, 23b и 23с установки 23. В качестве релейных установок может использоваться модель CWD2450 от компании Crydom, San Diego, CA.
Питание подается на температурный контроллер 114 через переключатель электропитания 132, высокотемпературный предохранитель 134 и понижающий трансформатор (208/18 В) 136. Показания температуры с двух датчиков 112, 113 используются контроллером 114 для регулировки температуры в отсеках резервуара 20а, 20с. Для повышения температуры в одном или обоих отсеках резервуара температурный контроллер 114 изменяет напряжение на обмотках твердотельных релейных установок 138 или 140 и таким образом отключает данное реле, что позволяет току течь между электродами в нужном отсеке резервуара. В другой модификации каждый резервуар 20а и 20с имеет собственный температурный контроллер. Для температурного контроллера 114 может использоваться модель DCH компании Antunes Controls, Carol Stream IL.
Высокотемпературный предохранитель 134 входит в комплект для предохранения от перегрева и, как следствие, от причинения вреда оператору или устройству 18, 18'. Предохранитель 134 представляет собой закрытое устройство с биметаллическим диском, которое устанавливается снаружи резервуара 20, 20' и регистрирует температуру его поверхности. Если температура поднимается выше определенного значения, то предохранитель 134 открывается и перекрывает подачу тока на электроды установки 22, 23, что приводит к прекращению нагрева проводящей жидкости 24 этими электродами. Предохранитель 134 автоматически возвращается в закрытое положение после понижения температуры. Для системы нагрева воды до 200°F верхний предел температуры для предохранителя 134 устанавливается равным 250°F, а нижний - 220°F. Как показано на фиг.2 и 3, электроды 22а-22с и 22а'-22с' изготавливаются из графитовых пластин. В одном из экспериментов пластины имели размеры 4" на 9" и расстояние между собой 1.688". Каждая графитовая пластина была установлена на скобы 121 из титанового листа типа 2, каждая из которых была подключена к электропроводке 120, выполненной из титанового прутка типа 2 диаметром в 0,125 дюймов. На фиг.2а-2б показано, что эти прутки находятся внутри диэлектрически изолированных вкладышей на крышке резервуара 122. Практика показывает, что графитовые электроды имеют больший срок службы в сравнении с нагревателями резистивного типа.
В свою очередь, резервуар 20, 20' может иметь один отсек. Одна и более электродных установок могут использоваться в модификации с одной емкостью резервуара. Также может быть использована система с двумя резервуарами. В последнем случае в верхней части разделительной стенки могут располагаться отверстия. Резервуар 20 также может иметь более 3-х отсеков. Для нагрева проводящей жидкости 24, протекающей с более высокой скоростью, могут использоваться дополнительные электродные установки, которые располагаются в дополнительных резервуарах.
Хотя на чертеже показана система с трехфазным питанием, может также использоваться система с одним. В примере указана система, рассчитанная на 208 В, хотя можно использовать и другое напряжение, например 480 В, 240 В или 120 В. Хотя в примере была описана система с постоянным источником напряжения, также может быть использована система с постоянным током, и напряжение, которое изменяется вместе с проводимостью проводящей жидкости, также может использоваться.
Как показано на фиг.3, в одной модификации источник питания соединен параллельно с электродными установками 22, 23 в обоих резервуарах. В данной модификации тот резервуар, который содержит проводящий раствор 24 с большей проводимостью, в данный момент времени проводит больший ток и нагревается быстрее. Если проводящая жидкость 24 течет, то сила тока в отсеке резервуара 20с в общем случае будет повторять силу тока в отсеке 20а, но с небольшой задержкой, которая требуется проводящей жидкости 24 из перехода из резервуара из отсека 20а к 20с. В другой модификации каждый электрод запитывается от своего собственного источника питания. В такой модификации два источника питания могут обеспечивать одинаковую фазу и напряжение. В другом случае два источника питания подают разные напряжение и фазу. В одной модификации ток подается на электродной установке 22 источником переменного тока 46, например как стандартный источник на 208 В и 3 фазы. В другой модификации может использоваться однофазный источник и одна пара электродов. В новой модификации с одним источником питания, подсоединенным к температурному контроллеру 114, ток независимо поочередно направляется к каждой установке электродов 22, 23 при своем максимальном значении. Температурный контроллер 114 использует модуляцию по ширине импульса для направления тока к каждой из электродных установок 22 и 23, как описано в заявке на патент 221-003, приведенной здесь в качестве ссылки. Полный или полуволновой ток поочередно направляется на каждую электродную установку 22, 23, пока не достигается заданная температура. В одной модификации температурный контроллер 114 устанавливается для подачи прямоугольной волны на переключатели для каждой электродной установки 22, 23, что позволяет контролировать рабочий цикл в двух электродных установках. При каждом включении и выключении некоторая часть энергии передается каждой электродной установке.
В другой модификации контроллер электрического тока 114 представляет собой цепь, которая подает ток на электродную установку 22 в первый период времени и не подает ток на электродную установку 23 в течение этого периода. По истечении этого периода цепь в контроллере 114 направляет электрический ток к электродам 23 в течение второго периода времени и не направляет его к электродам 22. Затем цикл повторяется, ток подается на электроды 22 и 23 последовательно. На практике было построено и протестировано устройство, работающее по этой схеме с частотой ¼ секунды. В этой модификации каждая электродная установка получала максимальное питание в течение 1/8 секунды и оставалась без питания на следующую 1/8 секунды, в течение которых другая электродная установка получала максимальный ток. Таким способом вода в двух резервуарах, каждый из которых нагревался одной из электродных установок, была нагрета до кипения, а через электроды в каждом сосуде тек практически максимальный ток, который можно было безопасно использовать от настенной розетки при напряжении, которое было близко или равно возможному от сети. При длительности рабочего цикла 50% каждый резервуар получал практически максимальный ток, доступный от настенной розетки, и мощность, поставляемая к обоим резервуарам, была значительно выше той, которая могла быть достигнута при стандартном параллельном или последовательном подключении сети. При стандартном параллельном подключении напряжение между резервуарами делится и напряжение между резервуарами должно быть значительно меньше, для того чтобы полный ток не превысил максимальный возможный ток от сетевой розетки. При последовательном соединении напряжение делится между резервуарами, таким образом, мощность на каждом из них понижается. Обеспечивающее последовательную подачу тока к электродным установкам уникальное параллельное соединение в данной модификации позволяет подключать одну из установок электродов на продолжительный период времени для настройки проводимости жидкости при заданном уровне тока. В то время как другая установка может работать при полном напряжении и токе, близком к максимально возможному в сети. Такой режим работы не может быть достигнут при последовательном подключении электродов.
Разрабатывая систему, в которой проводимость нагреваемой жидкости изменялась, заявители подавали максимальное напряжение одновременно с уровнем тока, близким к максимально допустимому для электропроводки. Таким образом, всегда достигалась максимальная мощность, что способствовало максимально высокой скорости нагрева. После этого в устройстве можно настроить рабочий цикл, для того чтобы избежать превышения заданной температуры. В устройстве регулировался рабочий цикл путем перехода от полуволны к импульсной, например, путем подачи полуволны в том случае, когда проводимость жидкости была слишком высока. В экспериментах также изменялась проводимость жидкости 24 для регулировки уровня тока. Кроме того, выборочно прекращалась и возобновлялась подача мощности на одну или более электродных установок 22 и 23, при этом сохраняя проводимость жидкости 24.
В экспериментах было обнаружено, что непосредственный нагрев воды путем изменения проводимости воды или пропускание через нее тока способствовал существенно более быстрому нагреву, при том что в сравнении со стандартными резистивными нагревателями воды контролировать процесс стало проще, а КПД повысился. Было обнаружено, что при использовании самой воды в качестве нагревательного элемента электрическая энергия превращалась в энергию прогретой жидкости с меньшей задержкой. Отсутствие нарастания накипи, описанное выше, также приводит к более быстрому и эффективному нагреву.
Как было обнаружено, прямой нагрев жидкости в настоящей заявке вызывает проблему перегрева, которая появляется вследствие задержки, при использовании резистивных нагревателей. Задержка при передаче тепла в резистивных нагревателях означает, что электрическая энергия продолжает поступать уже после того, как требуемая температура была достигнута, и это зачастую приводит к повышению температуры и расходованию излишней энергии. В одном из экспериментов было обнаружено, что устройство 18' 18 способно самонастраиваться под непредвиденные обстоятельства. Было запланировано нагреть воду до 200°F при температуре во входной трубе 39 150°F и пропускной способностью 293 галлона/час. При падении температуры подаваемой воды до 90°F устройство 18' среагировало так, что интервалы времени, в течение которых питание подавалось на электродные установки 22 и 23, были увеличены, и, таким образом, для жидкости с более низкой входной температурой, передавалось большее количество тепла.
В одном из экспериментов было обнаружено, что при добавлении соли во входящий поток 19 на тарелках не остается налета. Было обнаружено, что устройство может использоваться как отдельный агрегат для сверхбыстрого нагрева воды и подачи ее в посудомоечную машину. Как было выяснено, такой нагреватель может быть встроен в посудомоечную машину. Было выяснено, что устройство также может использоваться для нагрева холодной воды в водоснабжении горячей водой жилых, коммерческих и промышленных зданий.
Несмотря на то что устройства и способы снабжены эскизами и иллюстрациями, в них могут быть внесены изменения без отступления от идеи и объема изобретения, которые описаны в прилагаемой формуле изобретения.
Claims (22)
1. Устройство для нагрева жидкости, состоящее из:
резервуара, электродов и проводящей жидкости; упомянутый резервуар содержит вышеупомянутые электроды и проводящую жидкость, причем электроды подключаются таким образом, чтобы обеспечить протекание тока через вышеупомянутую проводящую жидкость;
источника с электролитическим веществом, который соединен с переключателями для подачи электролита в резервуар;
электрического параметрического датчика для обнаружения значения электроэнергии, переданной проводящей жидкости;
подключенного контроллера, используемого, чтобы автоматически пополнять электролит в проводящей жидкости, если электрический параметрический датчик обнаружит отклонение от заданного параметра.
резервуара, электродов и проводящей жидкости; упомянутый резервуар содержит вышеупомянутые электроды и проводящую жидкость, причем электроды подключаются таким образом, чтобы обеспечить протекание тока через вышеупомянутую проводящую жидкость;
источника с электролитическим веществом, который соединен с переключателями для подачи электролита в резервуар;
электрического параметрического датчика для обнаружения значения электроэнергии, переданной проводящей жидкости;
подключенного контроллера, используемого, чтобы автоматически пополнять электролит в проводящей жидкости, если электрический параметрический датчик обнаружит отклонение от заданного параметра.
2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в качестве заданного параметра используется ток, и электрический параметрический датчик считывает значение тока.
3. Устройство по п.2, дополнительно укомплектованное источником питания для подачи тока.
4. Устройство по п.1, дополнительно укомплектованное механизмом для возможной подачи электролита в резервуар.
5. Устройство по п.4, характеризующееся тем, что контроллер управляет работой вышеупомянутого механизма.
6. Устройство по п.4, состоящего из одного или нескольких вышеупомянутых механизмов, содержащих насос и клапан.
7. Устройство по п.1, укомплектованное стоком жидкости, соединенным с приемником горячей воды.
8. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что сток жидкости соединен с посудомоечной машиной.
9. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что резервуар состоит из первого и второго отсеков, и где в первом отсеке расположен первый электрод, а во втором отсеке - второй электрод.
10. Устройство по п.9, укомплектованное источником питания для питания первого электрода.
11. Устройство по п.1, дополнительно укомплектованное температурным датчиком и контроллером температуры, где контроллер используется для обеспечения подвода электроэнергии к электродам, когда температура ниже заданной.
12. Способ нагрева жидкости, включающий:
подготовку резервуара с расположенными в нем электродами;
создание потока проводящей жидкости между электродами;
обеспечение системы для регулировки электропроводности проводящей жидкости;
создание электрического тока в проводящей жидкости между электродами;
считывание показаний тока;
использование указанной системы для автоматической регулировки электропроводности для обеспечения заданного тока.
подготовку резервуара с расположенными в нем электродами;
создание потока проводящей жидкости между электродами;
обеспечение системы для регулировки электропроводности проводящей жидкости;
создание электрического тока в проводящей жидкости между электродами;
считывание показаний тока;
использование указанной системы для автоматической регулировки электропроводности для обеспечения заданного тока.
13. Способ по п.12, характеризующийся тем, что автоматическая регулировка электропроводности подразумевает добавление электролита.
14. Способ по п.13, характеризующийся тем, что используют проводящую жидкость, содержащую воду и электролит с солью.
15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что добавление электролита включает в себя добавление раствора, содержащего соль.
16. Способ по п.12, характеризующийся тем, что автоматическая регулировка электропроводности включает в себя использование контроллера, который управляет работой, по крайней мере, одной группы устройств, состоящей из насоса и клапана.
17. Устройство для нагрева жидкости, состоящее из множества отсеков, входной части, стока, электродов, перегородки, жидкости, указанные множество отсеков содержат жидкость и электроды, жидкость обладает проводимостью для обеспечения тока между электродами, указанная перегородка разделяет указанные отсеки.
18. Устройство по п.17, характеризующееся тем, что перегородка включает первую стенку, которая имеет верхнюю часть и выполнена с возможностью пропускать жидкость к смежной верхней части.
19. Устройство по п.18, характеризующееся тем, что перегородка содержит вторую стенку, которая имеет нижнюю часть, вторая стенка выполнена с возможностью пропускать жидкость к смежной нижней части.
20. Способ нагрева жидкости, заключающийся в:
подготовке резервуара с расположенными в нем электродами;
создании потока проводящей жидкости между электродами;
подаче напряжения между электродами и протекание тока в жидкости между электродами;
регулировке тока для обеспечения заданного значения без изменения напряжения.
подготовке резервуара с расположенными в нем электродами;
создании потока проводящей жидкости между электродами;
подаче напряжения между электродами и протекание тока в жидкости между электродами;
регулировке тока для обеспечения заданного значения без изменения напряжения.
21. Способ по п.20, характеризующийся автоматической настройкой проводимости жидкости посредством добавления электролитического вещества для обеспечения заданного уровня тока.
22. Способ по п.20, характеризующийся тем, что электроэнергия подается от цепи в розетке и имеет максимальные значения тока и линейного напряжения, напряжение равно напряжению в розетке, и устанавливаемое значение тока, составляет более 60% от максимально возможного тока в этой цепи.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US8872008P | 2008-08-13 | 2008-08-13 | |
US61/088,720 | 2008-08-13 | ||
US17897009P | 2009-05-16 | 2009-05-16 | |
US61/178,970 | 2009-05-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2453776C1 true RU2453776C1 (ru) | 2012-06-20 |
Family
ID=41669699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011108834/06A RU2453776C1 (ru) | 2008-08-13 | 2009-08-13 | Способ нагрева жидкости (варианты) и устройство для нагрева жидкости (варианты) |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7903956B2 (ru) |
EP (1) | EP2361362B1 (ru) |
JP (1) | JP5516585B2 (ru) |
KR (1) | KR101329945B1 (ru) |
CN (1) | CN102124281B (ru) |
AU (1) | AU2009281843B2 (ru) |
CA (1) | CA2733293C (ru) |
MX (1) | MX2011001720A (ru) |
RU (1) | RU2453776C1 (ru) |
WO (1) | WO2010019833A2 (ru) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8861943B2 (en) | 2005-05-04 | 2014-10-14 | Isi Technology, Llc | Liquid heater with temperature control |
GB0607040D0 (en) * | 2006-04-07 | 2006-05-17 | Dlp Ltd | Improvements in and relating to electric showers |
CN101889472A (zh) * | 2007-10-12 | 2010-11-17 | 莱克星顿环境技术股份有限公司 | 用于产生热量的加热器设备和相关的方法 |
BR112012016885A2 (pt) * | 2010-01-07 | 2018-06-05 | Microheat Tech Pty Ltd | gerador de calor e método de se gerar calor usando-se fluido energizado eletricamente. |
US9347684B2 (en) * | 2010-07-22 | 2016-05-24 | Koninklijke Philips N.V. | Prevention or reduction of scaling on a heater element of a water heater |
GB2499175B8 (en) * | 2010-12-06 | 2017-10-04 | Colburn Michael | System for verifying temperature measurement |
CA2844489A1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-02-21 | Wood Stone Ideas Llc | Steam generator system |
US8464562B1 (en) | 2012-04-02 | 2013-06-18 | Michael G. Colburn | Garment steamer |
US20140197180A1 (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-17 | Jean LaPoint | Heated mug |
US9462909B1 (en) | 2013-05-01 | 2016-10-11 | Iwd Holdings, Llc | Apparatus utilizing infrared emissions and steam to treat food |
CZ304622B6 (cs) * | 2013-12-15 | 2014-08-06 | Walar Kappa A. S. | Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu |
KR101668985B1 (ko) * | 2014-06-19 | 2016-11-09 | 주식회사 공진에너지 | 전기분해를 이용한 열 발생 장치 |
JP2017143401A (ja) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 三菱電機株式会社 | アンテナ装置 |
KR102494295B1 (ko) | 2016-11-07 | 2023-01-31 | 히트웍스 테크놀로지스, 아이엔씨. | 유체를 오믹 가열하는 디바이스 |
WO2018127577A2 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | Waturu Holding Aps | A water heating and treating device |
WO2019185320A1 (de) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | BSH Hausgeräte GmbH | Bestimmen einer dicke einer kalkschicht |
CN110388741B (zh) * | 2018-04-20 | 2021-05-25 | 青岛海尔空调器有限总公司 | 一种电热水器及其控制方法 |
TWI661456B (zh) * | 2018-07-31 | 2019-06-01 | 聚鼎科技股份有限公司 | 保護元件 |
CN110828254B (zh) * | 2018-08-07 | 2022-11-25 | 聚鼎科技股份有限公司 | 保护元件 |
CN112524802A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-19 | 佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 | 用于热水器的清洗装置及热水器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU576393A1 (ru) * | 1973-03-28 | 1977-10-15 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Электрический нагреватель |
RU2028387C1 (ru) * | 1988-04-25 | 1995-02-09 | Бексвифт Лимитед | Электрическое устройство |
RU18439U1 (ru) * | 2000-12-06 | 2001-06-20 | Измоденов Николай Иванович | Двухконтурный саморегулируемый электродный электронагреватель |
RU66873U1 (ru) * | 2007-01-24 | 2007-09-27 | Борис Дмитриевич Кикиш | Электролитический нагреватель жидкости |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1845852A (en) * | 1928-01-28 | 1932-02-16 | James R Brockman | Electrolytic heater |
DE732436C (de) * | 1940-04-10 | 1943-03-03 | Junker & Ruh A G | Dampfkochkessel mit Elektrodenbeheizung |
US2428445A (en) | 1945-09-12 | 1947-10-07 | Wicks Gerald Cyro | Self-adjusting unit for the electric heating of liquids |
US2757272A (en) | 1955-01-14 | 1956-07-31 | Santoni Mariano | Apparatus for the heating of liquids |
US2783355A (en) | 1955-11-10 | 1957-02-26 | Carbon Heater Corp | Fixed electrode water heater |
CH588049A5 (ru) | 1974-03-05 | 1977-05-31 | Curchod Albert | |
US4029937A (en) | 1974-10-04 | 1977-06-14 | Russell Robert G | Control system for electrically conductive liquid heating apparatus |
US4163895A (en) | 1975-06-25 | 1979-08-07 | Bowen John G | Electrolytic water heater |
US4119833A (en) | 1975-10-30 | 1978-10-10 | Welch Stephen A | Electric water heater |
GB1560782A (en) | 1977-01-14 | 1980-02-13 | Williams S | Water heater |
US4288683A (en) * | 1979-04-30 | 1981-09-08 | General Electric Company | Insulating porous matrices for electrode boilers |
US4772775A (en) * | 1987-03-23 | 1988-09-20 | Leach Sam L | Electric arc plasma steam generation |
GB9303582D0 (en) * | 1993-02-23 | 1993-04-07 | Eaton Williams Group Ltd | Electrode boilsers with automatic control |
US5583960A (en) * | 1994-06-01 | 1996-12-10 | David Reznik | Electroheating apparatus and methods |
JP3181796B2 (ja) * | 1994-10-28 | 2001-07-03 | 日本電気株式会社 | 電解水製造装置 |
JPH09155347A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-06-17 | Aiken Kogyo Kk | 電解水生成装置 |
IL121527A0 (en) | 1997-08-12 | 1998-02-08 | U E T Ltd | Heating systems based on alternating-current electrodes |
KR19990054160A (ko) * | 1997-12-26 | 1999-07-15 | 전주범 | 이온운동에너지를 이용한 유체가열방식의 전기보일러 |
JP2000074496A (ja) | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Toto Ltd | 空焚防止機構を備えた水加熱用タンク |
US6074621A (en) | 1998-12-04 | 2000-06-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of gases |
EP1417444B1 (en) | 2001-08-13 | 2010-04-14 | MicroHeat Technologies Pty Ltd. | System and method for rapid heating of fluid |
US6640048B2 (en) | 2002-03-26 | 2003-10-28 | Don Novotny | Instant water heater |
CN2554544Y (zh) * | 2002-05-31 | 2003-06-04 | 甘世敏 | 水电阻加热供暖器 |
CN2651647Y (zh) * | 2003-09-11 | 2004-10-27 | 屈小秒 | 电热水器 |
KR100733304B1 (ko) | 2005-02-21 | 2007-06-28 | 엘지전자 주식회사 | 전극을 이용한 물 가열 장치 |
KR20080030842A (ko) * | 2006-10-02 | 2008-04-07 | 박명출 | 전기보일러의 온수 시스템 |
CN101952654B (zh) | 2008-02-11 | 2013-07-17 | 密克罗希特技术公司 | 分段快速加热流体 |
-
2009
- 2009-08-13 CA CA2733293A patent/CA2733293C/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-13 CN CN200980131767.5A patent/CN102124281B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-13 EP EP09807331.5A patent/EP2361362B1/en not_active Not-in-force
- 2009-08-13 MX MX2011001720A patent/MX2011001720A/es active IP Right Grant
- 2009-08-13 AU AU2009281843A patent/AU2009281843B2/en not_active Ceased
- 2009-08-13 RU RU2011108834/06A patent/RU2453776C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-08-13 WO PCT/US2009/053798 patent/WO2010019833A2/en active Application Filing
- 2009-08-13 JP JP2011523185A patent/JP5516585B2/ja active Active
- 2009-08-13 KR KR1020117004930A patent/KR101329945B1/ko active IP Right Grant
- 2009-08-17 US US12/542,539 patent/US7903956B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU576393A1 (ru) * | 1973-03-28 | 1977-10-15 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Электрический нагреватель |
RU2028387C1 (ru) * | 1988-04-25 | 1995-02-09 | Бексвифт Лимитед | Электрическое устройство |
RU18439U1 (ru) * | 2000-12-06 | 2001-06-20 | Измоденов Николай Иванович | Двухконтурный саморегулируемый электродный электронагреватель |
RU66873U1 (ru) * | 2007-01-24 | 2007-09-27 | Борис Дмитриевич Кикиш | Электролитический нагреватель жидкости |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2733293A1 (en) | 2010-02-18 |
MX2011001720A (es) | 2011-07-29 |
WO2010019833A2 (en) | 2010-02-18 |
EP2361362B1 (en) | 2016-05-04 |
AU2009281843B2 (en) | 2011-07-07 |
CN102124281B (zh) | 2015-04-08 |
US20100040352A1 (en) | 2010-02-18 |
KR20110059605A (ko) | 2011-06-02 |
EP2361362A4 (en) | 2013-12-18 |
EP2361362A2 (en) | 2011-08-31 |
AU2009281843A1 (en) | 2010-02-18 |
WO2010019833A3 (en) | 2010-04-22 |
JP5516585B2 (ja) | 2014-06-11 |
US7903956B2 (en) | 2011-03-08 |
CN102124281A (zh) | 2011-07-13 |
JP2012500376A (ja) | 2012-01-05 |
CA2733293C (en) | 2012-04-10 |
KR101329945B1 (ko) | 2013-11-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2453776C1 (ru) | Способ нагрева жидкости (варианты) и устройство для нагрева жидкости (варианты) | |
US8525081B2 (en) | Food steamer containers with sequential ohmic water heating | |
CN1918439B (zh) | 液体加热装置和方法 | |
US7190894B2 (en) | Energy efficient electric water heater system that provides immediate hot water at a point of use and a method therefor | |
AU2011374994B2 (en) | Steam generator system | |
US20220265117A1 (en) | Dynamic Fluid Heater And Washing Appliance | |
EP3640563A1 (en) | Electric water heater having instantaneous hot water storage-type structure | |
GB2053429A (en) | Water heaters for mobile installations | |
US20160320092A1 (en) | Series of Tanks That Forestall Mixing Fluids of Non-homogeneous Temperatures | |
CN202636659U (zh) | 液体加热器具 | |
CN103267343A (zh) | 一种快速热水快速开水一体机 | |
CN102980291A (zh) | 一种热能二次再循环的快热式电加热器 | |
WO2013019094A1 (ru) | Способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления | |
WO2018127577A2 (en) | A water heating and treating device | |
RU118727U1 (ru) | Электроводонагреватель накопительного типа | |
JP2006170542A (ja) | 湯水供給装置 | |
JP2015072098A (ja) | 給湯装置 | |
CN103017322A (zh) | 一种两步加热即开式开水器和加热开水的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180814 |