ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02N17/06 

Изобретение относится к электротермическим устройствам электродного типа для нагрева воды и водных растворов прямым нагревом.

Область использования может иметь широкий диапазон от применения в системах бытового отопления в районах с недостатком всех видов топлива до подогревателей в системах жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

В холодное время года при температуре окружающей среды минус 10^oC и ниже, во избежание интенсивного износа, двигатели внутреннего сгорания перед пуском необходимо разогревать.

Известны подогреватели жидкостные, дизельные и бензиновые, основной составляющей частью которых является котел, состоящий из теплообменника и камеры сгорания. Транспортировка тепла от подогревателя к двигателю производится за счет термосифонной циркуляции, скорость движения жидкости при этом низкая, что снижает эффективность разогрева, поэтому в некоторые типы подогревателей встраивают водяной насос для повышения эффективности подогревателя, например, подогреватель японской фирмы "Микуни" (см. Г.В. Крамаренко и др. "Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах". М., Транспорт, 1984 г., стр. 90-96).

Известны электрические нагревательные элементы, используемые для разогрева двигателей внутреннего сгорания, которые делятся на две группы: с твердым проводником (нихромовые спирали) и жидкостные, роль проводника в которых играет вода или антифриз системы охлаждения. Транспортировка тепла к двигателю от подогревателя происходит за счет термосифонной циркуляции (см. Г. В. Крамаренко и др. "Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах". М., Транспорт, 1984 г., стр. 73-79).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является жидкостный трубчатый электронагреватель, состоящий из корпуса, являющегося наружным электродом, внутреннего электрода и клемм для подвода электроэнергии (см. Г. В. Крамаренко и др. "Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах". М., Транспорт, 1984 г., стр. 78, рис. 52б). Прототип.

Недостатком известных нагревателей является отсутствие принудительной направленной циркуляции подогреваемой жидкости, что снижает эффективность разогрева.

Задачей изобретения является повышение эффективности разогрева внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения в холодное время года.

Техническим результатом является то, что заявляемый электронагреватель создает принудительную направленную циркуляцию подогреваемой жидкости за счет энергии нагретой жидкости.

Заявляемое техническое решение имеет общие признаки с прототипом:
- жидкостный трубчатый электронагреватель снабжен корпусом, являющимся наружным электродом;
- внутренним электродом;
- клеммами для подвода электроэнергии.

Новые признаки:
- корпус снабжен нагнетательным и всасывающим патрубками с обратными клапанами, обеспечивающими, при нагреве жидкости, пульсирующее направление движения ее;
- корпус выполнен в виде герметичного сосуда;
- корпус в верхней части имеет расширительную камеру.

На чертеже показан электронагреватель в разрезе, общий вид.

Жидкостный трубчатый электронагреватель состоит из корпуса 1, который одновременно служит и наружным электродом, при этом он выполнен как герметичный сосуд, внутреннего электрода 2, установленного внутри корпуса 1, расширительной камеры 3, расположенной в верхней части корпуса 1, всасывающего патрубка 4 с обратным клапаном 5, нагнетательного патрубка 6 с обратным клапаном 7. Нагнетательный патрубок 6 подсоединен к корпусу 1 в нижней его части. Для подвода электроэнергии имеются клеммы 8. Внутренний электрод 2 устанавливается внутри корпуса 1 с равномерным зазором l. Для обеспечения равномерности зазора l и электрической изоляции электродов электрод 2 установлен на электроизолирующую подставку 9. Полость между двумя электродами на всю высоту внутреннего электрода является рабочей зоной.

Работа осуществляется следующим образом.

Электронагреватель патрубками соединяется с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы нагнетательный патрубок 6 был выше всасывающего патрубка 4, и после заполнения корпуса 1 жидкостью (водой или антифризом) на всю высоту рабочей зоны, на клеммы 8 подается электроэнергия. При прохождении электрического тока через жидкость в ней по известным законам физики выделяется тепло и происходит нагрев жидкости. Количество выделяемого тепла пропорционально подводимой мощности и времени. Подводимая мощность зависит от уровня заполнения жидкостью рабочей зоны при неизменном зазоре l и неизменном напряжении на клеммах 8. При достаточной подводимой мощности с течением времени жидкость нагревается и начинает закипать. Образовавшийся при закипании жидкости пар заполняет расширительную камеру 3, и внутри корпуса 1, выполненного как герметичный сосуд, происходит повышение давления выше атмосферного. При повышении давления, достаточного для преодоления усилия обратного клапана 7 на нагнетательном патрубке 6 обратный клапан 7 открывается и пар выталкивает часть нагретой жидкости из рабочей зоны нагревателя по нагнетательному патрубку 6 в корпус двигателя. После выталкивания паром нагретой жидкости из рабочей зоны электронагревателя давление внутри корпуса 1 снижается, обратный клапан 7 на нагнетательном патрубке 6 закрывается. Подводимая к электродам 1, 2 мощность снижается, из-за снижения уровня жидкости в рабочей зоне электронагревателя, количество выделяемого тепла уменьшается, корпус 1 под действием низкой температуры окружающей среды (электронагреватель предназначен для работы только в холодное время года) быстро остывает, находящийся внутри корпуса 1 и в расширительной камере 3 пар конденсируется и давление внутри корпуса 1 снижается до уровня ниже атмосферного. При снижении давления обратный клапан 6 на всасывающем патрубке 4 открывается и в рабочую зону электронагревателя подсасывается новая порция охлаждающей жидкости. Для нормальной расчетной работы электронагревателя рабочая зона его должна заполняться полностью. При заполнении рабочей зоны жидкостью оставшаяся часть несконденсированного пара будет уходить в расширительную камеру 3, давая, таким образом, возможность полностью заполнить рабочую зону. По мере заполнения рабочей зоны жидкостью подводимая мощность будет увеличиваться, интенсивность нагрева будет возрастать и при достижении точки кипения будет происходить рост давления, открывание обратного клапана 7 на нагнетательном патрубке 6, и цикл повторяется. Таким образом в системе охлаждения создается принудительная направленная пульсирующая циркуляция горячей жидкости.

Пример. Действующая модель была изготовлена из стандартных стальных водогазопроводных труб. Корпус изготовлен из трубы диаметром 2", высотой 200 мм, внутренний электрод из трубы диаметром 3/4", высотой 125 мм. Были проведены два опыта в комнатных условиях при температуре окружающей среды плюс 20^oC. В первом опыте обратные клапаны не устанавливались и оба патрубка соединялись с открытым сосудом с водопроводной водой емкостью 10 л. После заполнения электронагревателя водой его подключили к бытовой электросети напряжением 220 В. За 1 ч работы было затрачено 1,5 кВтч электроэнергии и вода нагрелась до 50^oC. Движение воды от нагревателя к сосуду было за счет термосифонной циркуляции, при этом нижний патрубок был входным, а верхний патрубок был выходным. Во втором опыте были установлены обратные клапаны, причем нижний патрубок стал нагнетательным, а верхний стал всасывающим. После подключения электронагревателя к сети напряжением 220 В и через 1 ч работы вода в сосуде была нагрета до 90^oC. При этом в сосуде наблюдались резкие толчки воды из нагнетательного патрубка, что говорит о повышении скорости циркуляции, а температура нагрева позволяет сделать вывод о повышении эффективности электронагревателя с обратными клапанами примерно в два раза.

Опыт эксплуатации автомобильных двигателей в холодное время показывает, что для разогрева двигателя до необходимого теплового состояния для запуска при температуре окружающей среды минус 20^oC горячей водой с температурой порядка 90^oC достаточно пропустить через систему 2 объема воды водяной рубашки двигателя внутреннего сгорания.

Применение предлагаемого электронагревателя для предпускового разогрева двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением с принудительной циркуляцией горячей воды позволяет примерно в два раза уменьшить время разогрева двигателя и затраты электроэнергии.

Изобретение относится к электротермическим устройствам электродного типа и предназначено для нагрева воды и водных растворов. Электронагреватель состоит из корпуса, являющегося наружным электродом, и внутреннего электрода, клемм для подвода электроэнергии, при этом корпус снабжен всасывающим и нагнетательными патрубками с обратными клапанами и выполнен как герметичный сосуд, а в верхней своей части имеет расширительную камеру. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разогрева двигателей внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения в холодное время года. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостный трубчатый электронагреватель, состоящий из корпуса, являющегося наружным электродом, внутреннего электрода и клемм для подвода электроэнергии, отличающийся тем, что корпус снабжен нагнетательным и всасывающим патрубками с обратными клапанами, позволяющими создать при нагреве жидкости пульсирующее направленное движение ее. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что корпус в своей верхней части имеет расширительную камеру и выполнен в виде герметичного сосуда.