ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1995 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения горячей воды и нужд теплоснабжения.

Известен электрический водогрейный котел, имеющий П-образный корпус, в который заливается вода. В каждом из вертикальных элементов корпуса размещена выполненная из диэлектрика труба с фазным и нулевым электродами и механизм для перемещения электродов [1]
Недостаток этого водонагревателя низкий КПД и наличие температурных деформаций корпуса.

Указанные недостатки частично устранены в электрическом нагревателе жидкости, имеющем корпус в форме цилиндра, внутри корпуса установлены центральный цилиндрический нулевой электрод и равноудаленные друг от друга фазные электроды, крепящиеся к крышке корпуса [2]
Для более равномерного нагрева жидкости в усовершенствованном варианте этого котла фазные электроды выполняют полыми, а внутри и снаружи каждого электрода устанавливают экраны из проводящего материала [3]
Однако данная конструкция имеет высокую металлоемкость и низкий КПД вследствие сильной коррозии электродов.

В настоящее время для нужд теплоснабжения применяются электрические водогрейные котлы электропроводной жидкости, имеющие цилиндрическую форму со сферическими поверхностями днища и крышки, к которым крепятся электроды пластинчатой формы, собранные в две встречно направленные гребенки. Конструктивное выполнение котла позволяет осуществить равномерный нагрев жидкости по всему объему. Для наиболее полного отбора подводимой мощности и повышения КПД котла используют воду с повышенной электропроводимостью, для чего сетевую воду предварительно обрабатывают, например, солями тринатрийфосфата.

Указанная мера позволяет нагреть за одинаковый промежуток времени значительно больший объем воды, что повышает эффективность использования котла по сравнению с известными.

В то же время введение контроля за электропроводностью воды, подготовка нужного раствора солей вызывают дополнительные затраты и организационные сложности.

При эксплуатации электрокотельной необходимо следить за удельным электрическим сопротивлением сетевой воды. Нормальная работа электрокотлов возможна при удельном электросопротивлении сетевой воды при 20^оС. В пределах 1-3 тыс. Ом˙см. При удельном электрическом сопротивлении сетевой воды при 20^оС 1000 Ом˙см и ниже производится добавка дистиллированной воды в количестве согласно расчету и требовании завода изготовителя котлов. При удельном электрическом сопротивлении сетевой вды при 20^оС 3000 Ом˙см и выше производится подсолка воды путем добавления раствора тринатрийфосфатной соли (Na₃PO₄). Стабилизация удельного электрического сопротивления сетевой воды при уменьшении мощности котла на 10% производится ориентировочно в течение суток. Раствор тринатрийфосфатной соли и дистиллированной воды приготавливается по мере надобности.

Дополнительные недостатки от эксплуатации указанных водогрейных котлов проявляются и в том, что солевая обработка воды ограничивает область ее применения, позволяя лишь использовать как техническую.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрокотел [4] содержащий корпус с крышкой, расположенные в полости последнего теплообменные трубы, помещенные в оболочку, заполненную теплоносителем, а также элекронагреватели. В качестве теплоносителя (промежуточной среды) могут быть использованы вода, керамика, нефть или растворы солей. Наиболее эффективным промежуточным теплоносителем является каустическая сода. Использование такого солевого раствора, который обладает высокими гигроскопическими и коррозионными свойствами, вызывает необходимость использования специального оборудования.

Предложенная в [4] конструкция с промежуточным теплоносителем устраняет недостатки электродных водогрейных котлов, в то же время имеет ряд существенных недостатков.

Стационарное состояние промежуточного теплоносителя и проходной характер водяных теплообменных труб не позволяет осуществить эффективный теплосъем с пpомежуточного теплоносителя и обеспечить высокий нагрев воды в трубах при большом расходе воды. Используемые в качестве промежуточного теплоносителя материалы имеют низкие теплофизические характеристики и допустимые рабочие температуры.

Целью изобретения является повышение КПД электрического водогрейного котла путем повышения эффективности его использования.

Поставленная цель достигается в электрическом водогрейном котле, содержащем корпус с крышкой, входные и выходные патрубки, а также электрические нагреватели и систему последовательно включенных теплообменников, в рабочем объеме котла физически разделены нагреваемая вода и теплоноситель.

В качестве теплоносителя могут быть применены углеводороды алканового ряда, например парафины.

Теплообменник конструктивно выполнен так, что его первое и последнее звенья заключены в металлические кожухи, имеющие соответственно входное и выходное окна, и снабжены системой активации, представляющей собой лопастной активатор с приводом от электрического двигателя, расположенного на верхней крышке.

Проведенный анализ технической и патентной информации показал, что аналогичные конструкции электрических водогрейных котлов не известны.

На фиг. 1, 2 и 3 представлена конструкция предлагаемого электрического водогрейного котла.

Котел содержит корпус 1, крышку 2, защитный теплоизолирующий кожух 3, трубчатый теплообменник 4, распределительный канал 5, электрический нагреватель 6, промежуточный теплоноситель 7, входной патрубок 8, загрузочный патрубок 9, выходной патрубок 10, активатор 11 с электродвигателем, строповочный болт 12, трубчатый кожух 13.

В предлагаемом котле применение парафинов в качестве рабочего тела для нагревания воды вызвано в первую очередь тем, что они химически не активны. Кроме того, исследование зависимости теплоемкости парафинов от температуры показало, что теплоемкость заметно растет с температурой, увеличиваясь почти в 1,5 раза в интервале от Т плавления до Т= 373К. Следовательно, парафины являются хорошими аккумуляторами свойств тепла.

Анализ свойств парафинов и их поведения в процессе нагрева охлаждения показывает, что парафины могут быть эффективно применены в качестве рабочего тела в электрических водогрейных котлах. При этом рабочая температура парафина находится в интервале 160-180^оС, что значительно превышает достигаемые температуры при водяном теплоносителе. Применение парафинов в качестве теплоносителя безопасно для человека, так как они не обладают ядовитыми или вредными свойствами ввиду химической неактивности [5]
Работа предлагаемого водогрейного электрического котла осуществляется по двухконтурной схеме.

В первом контуре осуществляется циркуляция промежуточного теплоносителя. Заполнение емкости котла промежуточным теплоносителем 7 осуществляется через патрубок 9. Теплоноситель 7 нагревается до 165-175^оС с помощью системы электрических нагревателей ТЭНов, смонтированных на крышке 2 котла, размещенных в корпусе 1 котла. Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью лопастного активатора 11. При этом парафин с более высокой температурой из кожуха с последней (горячей) ступени теплообменника 4 перемещается в кожух первой (холодной) ступени теплообменника, что обеспечивает более рациональное использование тепловой энергии парафина и ускоряет нагрев воды.

Во втором контуре, представляющем собой теплообменник 4, выполненный из секции латунных труб, производится нагрев прокачиваемой сетевой воды.

Вода заливается в котел через входной патрубок 8 и выливается через патрубок 10.

Электрический водогрейный котел может быть применен для горячего водоснабжения, при этом вода нагревается от 5 до 65^оС. При использовании для нужд отопления вода подогревается от 70 до 95^оС.

Применение предлагаемой конструкции электрического водогрейного котла с промежуточным теплоносителем в виде химически неактивного материала из грунта, углеводородов алканового ряда позволяет достичь следующих преимуществ по сравнению с известными электрическими водогрейными устройствами.

Наличие в корпусе котла двух замкнутых контуров для нагреваемой воды и промежуточного теплоносителя исключает необходимость химической подготовки воды, что снижает эксплуатационные расходы.

Двухконтурное выполнение котла с применением промежуточного теплоносителя позволяет использовать нагреваемую воду для более широких нужд, т.е. не только как техническую.

Применение химически неактивного теплоносителя увеличивает срок службы котла, так как исключает коррозию, характерную для электродных котлов.

Применение химически неактивного материала, в данном случае парафина, позволяет в 1,5-1,7 раза повысить тепловое напряжение котла.

В электродных котлах вода нагревается до 95-98^оС, т.е. не доходя до температуры кипения, а парафин в предлагаемом котле до 160-180^оС, что позволяет в меньшем объему аккумулировать большую тепловую энергию, т.е. повысить КПД котла. Это же свойство позволяет уменьшить массогабаритные показатели конструкции при одинаковой тепловой мощности.

Предлагаемая конструкция котла по сравнению с известными электродными котлами имеет постоянную электрическую мощность за время эксплуатации, в то время как в известных котлах она с течением времени уменьшается в результате образования накипи на электродах.

Использование: для получения горячей воды и нужд теплоснабжения. Сущность изобретения: в корпусе котла имеются два замкнутых контура для нагреваемой воды и промежуточного теплоносителя. Использование в качестве теплоносителя химически неактивного элемента из группы алканового ряда (например, парафин) и двухконтурное конструктивное выполнение котла позволяют повысить КПД котла, снизить массогабаритные показатели и его эффективность. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ, содержащий корпус с крышкой и размещенные внутри корпуса электрические нагреватели и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, помещенные в оболочку, заполненную химически инертным теплоносителем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лопастной активатор, а оболочка выполнена металлической и индивидуальной для каждой теплообменной секции, соединенной с остальными секциями последовательно по воде, первая и последняя из которых сообщены между собой посредством указанного лопастного активатора. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя может быть использован парафин.