ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для нагрева жидкостей и газов.

Известен электродный нагреватель, содержащий корпус с нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной фазными электродами и теплообменником, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с компенсационной емкостью.

Такой нагреватель имеет низкую эффективность работы из-за плохой передачи тепла от промежуточного теплоносителя к поверхности теплообменника, обусловленной наличием неконденсирующихся газов в полости нагревательной камеры. Как известно, наличие даже небольшого количества неконденсирующихся газов значительно снижает эффективность теплопередачи с помощью пара, т.к. молекулы газа мешают перемещению молекул пара. Установлено, что наличие в объеме, заполненном паром, одного процента газовых примесей снижает эффективность теплопередачи примерно вдвое.

В данном нагревателе процент содержания газовых примесей значительно больше одного процента, следовательно, и эффективность теплопередачи значительно ниже максимально возможной. Отвакуумировать полость нагревательной камеры нельзя, т.к. в этом случае весь теплоноситель и часть газа компенсационной емкости переместятся в нагревательную камеру, при этом снизится температура на выходе нагревателя из-за уменьшения противодействующего давления газа в компенсационной емкости.

В данном нагревателе температура настройки его определяется противодействующим давлением газа в компенсационной емкости, создающимся при вытеснении теплоносителя из нагревательной камеры.

Кроме того, и эффективность теплопередачи увеличивается незначительно, т.к. газовые примеси в нагревательной камере будут присутствовать, хотя и в меньшем количестве.

Отвакуумировать полости нагревательной камеры и компенсационной емкости также нельзя, т. к. в этом случае температура на выходе нагревателя будет еще ниже из-за отсутствия противодействующего давления газа в компенсационной емкости.

Заполнить нагревательную камеру полностью жидким теплоносителем и таким образом улучшить теплопередачу не представляется возможным из-за появления электрической цепи между фазными электродами и корпусом через теплообменник, что недопустимо.

Цель - повышение эффективности работы нагревателя за счет улучшения теплопередачи от промежуточного теплоносителя к теплообменнику.

Указанная цель достигается тем, что в электродном нагревателе, содержащем корпус с электрически изолированной от него нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной фазными электродами и теплообменником, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с компенсационной емкостью, внутренняя полость нагревателя выполнена отвакуумированной, а нагревательная камера соединена в верхней части с компенсационной емкостью через нормально открытый клапан, привод которого выполнен в виде сильфона или мембраны и подключен к атмосфере.

Улучшение теплопередачи происходит вследствие устранения отрицательного влияния на теплопередачу неконденсирующихся газов в паровом объеме нагревательной камеры.

На чертеже изображен предложенный электродный нагреватель.

Электродный нагреватель содержит корпус 1 с нагревательной камерой 2, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной фазными электродами 3 и теплообменником 4, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с компенсационной емкостью 5. Внутренняя полость нагревателя отвакуумирована, а нагревательная камера соединена в верхней части с компенсационной емкостью через нормально открытый клапан 6, привод которого выполнен в виде сильфона 7, подключенного к атмосфере. Камера 2 электрически изолирована от корпуса 1 с помощью изоляторов 8.

Электродный нагреватель работает следующим образом. При подаче напряжения протекающий между электродами 3 электрический ток выделяет тепло, повышается температура промежуточного теплоносителя и давление его пара в нагревательной камере 2 и компенсационной емкости 5. Пар конденсируется на поверхности теплообменника 4, отдавая тепло нагреваемой среде, а конденсат возвращается в жидкостный объем нагревательной камеры 2.

Если количество тепла, выделяемое в зазоре между электродами 3, больше количества тепла, потребляемого нагреваемой средой, то в полости нагревателя повышается давление пара, а при достижении им значения выше давления окружающей среды сжимается сильфон 7 и закрывается клапан 6.

При дальнейшем повышении давления пара в нагревательной камере 2 происходит вытеснение жидкого теплоносителя из этой камеры в компенсационную емкость 5, снижается уровень жидкости между электродами 3, уменьшается их рабочая поверхность и соответственно уменьшаются потребляемая от сети мощность и количество выделяемого тепла.

При определенном уровне жидкости наступает равновесие потребляемой и отдаваемой мощностей и нагреватель работает в режиме поддержания заданной температуры.

Если прекратится расход нагреваемой среды, то вытеснение промежуточного теплоносителя будет происходить до тех пор, пока нагреватель полностью не выключится.

Если пар в компенсационной емкости 5 сконденсируется, то часть теплоносителя перетечет из нагревательной камеры 2 в компенсационную емкость 5, давление в полости нагревателя упадет и под действием давления окружающей среды сильфон 7 откроет клапан 6, при этом уровень жидкости в нагревательной камере 2 повысится, нагреватель включится на полную мощность, давление в полости нагревателя поднимется и сильфон 7 закроет клапан 6. Таким образом происходит пополнение паром компенсационной емкости 5 взамен сконденсировавшегося в ней пара.

Использование данного нагревателя позволит повысить эффективность его работы за счет улучшения теплопередачи от промежуточного теплоносителя к теплообменнику, полученного в результате устранения из полости нагревателя неконденсирующихся газов, отрицательно влияющих на теплообмен.

Использование: энергетика. Сущность изобретения: электродный нагреватель состоит из расположенной в корпусе 1 нагревательной камеры 2, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной фазными электродами 3 и теплообменником 4, расположенным в газовом объеме нагревательной камеры. Нагревательная камера 2 сообщена с компенсационной емкостью 5 через нормально открытый клапан 6, привод которого выполнен в виде сильфона 7, установленного между полостью нагревательной камеры 2 и атмосферой . 1 ил.

ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий корпус с нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной фазными электродами и теплообменником, расположенным в газовом объеме камеры, сообщенной с компенсационной емкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен нормально открытым клапаном с приводом, внутренняя полость нагревателя выполнена отвакуумированной, причем нагревательная камера сообщена с компенсационной емкостью в верхней части посредством указанного клапана, привод которого выполнен в виде сильфона или мембраны и подключен к атмосфере.