ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК F22B1/20 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в устройстве котельных установок и электродных парогенераторов.

В парогенерирующих и водонагревающих котельных установках с электроводонагревателями важнейшими проблемами являются повышение надежности его работы за счет исключения электрического пробоя его межэлектродного пространства, повышение экономичности работы, повышение эффективности использования нагревающих свойств электродов.

Известен парогенератор, в котором нулевой электрод выполнен в виде перфорированного полого цилиндра, соосно охватывающего фазовый электрод с образованием кольцевого межэлектродного зазора, а нижняя часть камеры, в которой размещены электроды, отделена от верхней части поперечной перегородкой, примыкающей к нижнему срезу нулевого электрода с отверстием, сообщающим полости электрода и нижней части камеры [1]
Недостатками этого парогенератора являются отсутствие циркуляции воды между полостями электрода и камеры и значительная зависимость плотности тока от длительности работы парогенератора, что приводит к недостаточному удалению шлама из межэлектродного пространства, повышенной плотности тока, а следовательно, пониженной его надежности за счет возможности пробоя.

Известен электроводонагреватель, содержащий корпус с электродами и соосно размещенной цилиндрической обечайкой, имеющей вертикальные ряды отверстий, заглушенной с торцов и подключенной к водоподводящему патрубку, а на обечайке расположены электроды, выполненные в виде вертикальных пластин [2]
Недостатками этого электроводонагревателя являются отсутствие циркуляции воды между межэлектродными полостями и полостью камеры в корпусе, а также значительная зависимость плотности тока от длительности работы электронагревателя, что приводит к недостаточному удалению шлама из межэлектродного пространства, повышенной плотности тока, и следовательно, пониженной его надежности из-за возможности пробоя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков электроводонагревателя, повышение надежности его работы за счет обеспечения циркуляции воды в камере и межэлектродном пространстве, уменьшения зависимости плотности тока от длительности работы нагревателя, повышенного выноса шлама из камеры, исключения электрического пробоя межэлектродного пространства.

Поставленная цель достигается тем, что в электроводонагревателе, содержащем заземленный корпус с размещенными в нем вдоль его вертикальной оси фазными электродами, продувочный трубопровод, трубопровод подвода воды от компенсационной емкости, трубопроводы отвода пара и слива воды с вентилями, фазные электроды выполнены в виде двух сужающихся пластин, соединенных неподвижно между собой под углом 120^о продольными сторонами, и расположены в корпусе суженными сторонами вниз с увеличивающимися расстояниями между собой и корпусом сверху вниз, а в межэлектродном пространстве расположены направляющие перегородки из электроизоляционного материала, наклоненные к горизонтальной плоскости и образующие по высоте пространства отдельные наклонные каналы от центра к периферии корпуса.

Совокупность существенных признаков предложенного устройства, по мнению авторов, является новой, что позволяет сделать вывод о новизне предложенного технического решения, соответствующего изобретательскому уровню.

Предложенный электроводонагреватель представлен на фиг.1, 2, 3, 4, где 1 корпус нагревателя; 2 фазные электроды; 3 продувочный трубопровод; 4 трубопровод подвода воды; 5 трубопровод слива воды; 6 запорный вентиль; 7 трубопровод отвода пара; 8 запорный вентиль; 9 направляющие перегородки.

В состав электроводонагревателя входят корпус нагревателя 1 с электродами 2, расположенными вдоль вертикальной оси. Как видно из фиг.1, 2, 3, 4, каждый электрод выполнен в виде двух сужающихся пластин, соединенных между собой под углом 120^о продольными сторонами, и расположен в корпусе суженной стороной вниз с увеличивающимся расстоянием от соседних электродов (а₁ > а) и от корпуса (в₁ > в) по высоте сверху вниз. Под электродами расположен продувочный трубопровод 3. К нижней части корпуса подключен трубопровод 4 подвода воды от компенсационной емкости и трубопровод слива воды 5 с запорным вентилем 6. К верхней части корпуса подключен трубопровод отвода пара 7 с запорным вентилем 8. В межэлектродном пространстве расположены направляющие перегородки 9, наклоненные к горизонтальной плоскости и разделяющие межэлектродное пространство по высоте на отдельные каналы, поднимающиеся от центра к периферии корпуса.

Электроводонагреватель работает следующим образом.

Вода из компенсационной емкости по трубопроводу 4 поступает во внутреннюю камеру, образованную корпусом 1, и затопляет электроды 2, к которым подведенa электроэнергия с равномерной нагрузкой электродов за счет их расположения под углом 120^о. При прохождении тока в межэлектродном пространстве вода нагревается и испаряется, при этом пар потребителю подается по трубопроводу 7 при открытом вентиле 8. Поступающая вода содержит растворенные в ней соли, концентрация которых в электроводонагревателе растет в процессе его работы за счет превращения части воды в пар и использования его потребителем. При этом часть солей выпадает в виде шлама. Для отвода шлама и солей из корпуса в нем предусмотрен продувочный трубопровод 3, по которому и шлам, и соли постоянно сливаются в канализацию вместе с частью воды. Для уменьшения потерь этой воды и содержащегося в ней тепла желательно отвод воды вести при максимально допустимой концентрации в ней солей и шлама. Но при этом возникает опасность электрического пробоя межэлектродного пространства и вывода из строя электроводонагревателя. Для обеспечения мощности расстояния вверху между электродами расчетные, а для исключения пробоя электроды к низу имеют увеличенные расстояния между собой и корпусом благодаря их конструкции и взаимному расположению. При этом при повышенной концентрации солей и шлама вода всегда находится в нижней зоне электродов при постоянной мощности электроводонагревателя, так как уменьшается ее удельное электрическое сопротивление, а увеличенные расстояния между электродами в этой зоне приводят к компенсации общего сопротивления, что уменьшает плотность тока при постоянной его величине и исключает пробой.

Для обеспечения перемешивания воды в камере и надежного вывода шлама и солей из пароводонагревателя необходима циркуляция воды в его камере. Такая циркуляция обеспечивается разделением межэлектродного пространства на отдельные поднимающиеся каналы от центра к периферии корпуса с помощью расположенных в межэлектродном пространстве электроизоляционных направляющих перегородок 9. При кипении воды в этих каналах образуется газ-лифтовый эффект, который обеспечивает засасывание воды из центра корпуса и выброс ее к периферии вместе с паром. Пар поднимается вверх и поступает потребителю, а вода опускается вниз и засасывается снова на вход в каналы. Таким образом обеспечивается в камере циркуляция, равномерная смесь воды с солями и шламом, которая поступает в продувочный трубопровод и выводится за пределы камеры.

Кроме того, наличие направляющих пластин и каналов в межэлектродном пространстве позволяет более эффективно использовать поверхность электродов, так как в этом случае для водонагрева используется вся их поверхность. При отсутствии таких пластин после вскипания воды образующийся пар из межэлектродного пространства не отводится, а поднимается вертикально вверх внутри пространства. При этом верхняя часть электродов, находясь в среде пара, практически не используется для нагрева, так как эффективность их в среде пара низкая. После выключения электроводонагревателя слив воды из него ведется по трубопроводу 5 через открытый вентиль 6.

Применение предложенного устройства по сравнению с известными электроводонагревателями позволит отводить продувочную воду, насыщенную солями и шламом, максимально снизить плотность тока на поверхности электродов, максимально использовать нагревательную поверхность электродов, исключить возможность электрического пробоя межэлектродного пространства, что обеспечит максимальную экономичность и эффективность электроводонагревателя, улучшит его технические характеристики и надежность работы.

Использование: в устройстве котельных установок и электродных парогенераторов. Сущность изобретения: электроводонагреватель 3-х фазного тока содержит заземленный корпус 1 с размещенными в нем вдоль вертикальной оси тремя фазными электродами 2, продувочный трубопровод 3, трубопровод подвода воды 4 от компенсационной емкости, трубопроводы отвода пара и слива воды с запорными вентилями. Каждый электрод 2 выполнен из двух пластин, соединенных неподвижно между собой под углом 120° и суживающихся к низу нагревателя. Электроды 2 расположены с увеличивающимися межэлектродными расстояниями между собой и корпусом 1 к низу нагревателя, а в межэлектродном пространстве расположены направляющие перегородки 9 из электроизоляционного материала, наклоненные к центральной оси с подъемом от нее к корпусу и образующие между собой и электродами отдельные каналы для отвода пароводяной смеси из межэлектродного пространства в пристеночную полость корпуса. 4 ил.

ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА, содержащий заземленный корпус с размещенными в нем вдоль вертикальной оси тремя фазными электродами, продувочный трубопровод, трубопровод подвода воды от компенсационной емкости, трубопроводы отвода пара и слива воды с запорными вентилями, отличающийся тем, что каждый электрод выполнен из двух вертикальных пластин, жестко соединенных между собой под углом 120^o и сужающихся к низу нагревателя, при этом расстояние между смежными электродами, а также между корпусом и близрасположенным электродом увеличивается в направлении сверху вниз, а в межэлектродном пространстве расположены под углом направляющие перегородки из электроизоляционного материала, имеющие периферийные торцы, расположенные выше торцов, обращенных к оси корпуса, и образующие между собой и электродами отдельные каналы для отвода пароводяной смеси из межэлектродного пространства в пристеночную полость корпуса.