ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОДНОГО ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА Российский патент 2001 года по МПК H05B3/60 F24H1/20 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электронагревательным приборам электродного типа, и может быть использовано в саморегулируемых нагревателях для автономного горячего водоснабжения и водяного отопления помещений различного назначения, коттеджей, служебных и жилых помещений и т. п.

Известен электродный нагреватель жидкости, в котором параллельно оси установлены электроды, соединенные с токоподводящими шпильками через биметаллические пластины. (А.С. СССР N 997263, кл. H 05 B 3/60, 1981 г.).

Недостатком известного устройства является неравномерная плотность тока по длине электродов в процессе нагрева жидкости, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Известен электрод, входящий в состав электродного водогрейного котла, содержащий секции с токоподводами, разделенные изолятора ми, выбранный за прототип (А.С. N 2062960, кл. F 24 H 1/20, 1993 г.).

В известном устройстве мощность регулируется путем переключения секций электрода со звезды на треугольник и наоборот, а, следовательно, изменением величины тока, проходящего через секции электрода и нагреваемую жидкость.

Однако такое переключение производится вручную на разобранном устройстве, что является его недостатком.

Использование известного электрода не обеспечивает защиту водогрейного котла от перегрева, закипания, что ведет к нестабильной работе нагревательного устройства в целом.

Желательно иметь электрод для электродного водогрейного котла, исключающий необходимость внешнего регулирования величины тока, проходящего через него, и обеспечивающий как защиту нагреваемой жидкости от перегрева, так и постоянную циркуляцию жидкости в системе отопления, что повышает надежность и эффективность всей системы отопления в целом.

Это достигается тем, что в электроде для электродного водогрейного котла, содержащем секции с токоподводами, разделенные изоляторами, согласно изобретению часть секций выполнена в поперечном сечении, из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения (по другой терминологии - заданной точкой Кюри), соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем с токоподводом и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью.

При этом слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполняет функции защитного экрана и радиатора. Во всех случаях позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой.

Выполнение части секций в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем соединенным с токоподводом и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью, обеспечивает практическое прекращение прохождения электрического тока через секции и, следовательно, нагреваемую жидкость по достижении нагреваемой жидкостью температуры, соответствующей температуре переключения позистора, выбираемой заранее, и продолжение прохождения части электрического тока через другие секции, выполненные без позисторного слоя, что обеспечивает бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительной системе.

Соответствие температуры переключения позисторного слоя секций допустимой температуре нагрева жидкости обеспечивает с учетом градиента температуры нагреваемой жидкости по длине электрода, т.е. по секциям, последовательное самоотключение секций по мере нагрева омывающей их жидкости до допустимой температуры, что исключает перегрев нагреваемой жидкости, так как через секцию без позисторного слоя идет только необходимая для циркуляции часть тока.

Расположение позитного слоя между слоем, соединенным с токоподводом, и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью и выполняющим функции защитного экрана и радиатора, обеспечивает надежную защиту от электрохимической коррозии и хороший съем тепла с позистора и, следовательно, долговечность и надежность работы.

Связь позисторного слоя со слоями, между которыми он расположен, при помощи вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой, обеспечивает требуемый температурный режим и, следовательно, долговечность и надежность работы.

На фиг. 1 изображен электрод для электродного водогрейного котла (в качестве примера, цилиндрической формы, т.к., естественно, форма может быть любая) с вырезом четверти. На фиг. 2 - вид I на фиг. 1. На фиг. 3 приведена характерная зависимость сопротивления позистора от температуры (Э.Д. Мэклин. Терморезисторы. - М.: Радио и связь, 1983 г., рис. 11.6, стр. 151).

Электрод содержит секции 1, 2 и 3 (число их может быть любое) с токоподводами, объединенными в общий токоподвод 4, подсоединяемый к внешней электрической цепи (не показана). Часть секций, а именно секции 2 и 3, выполненные в поперечном сечении из нескольких слоев, содержат позисторный слой 6. Т.е. слой, выполненный в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. Позисторный слой 6 может быть выполнен, например, из резиноподобного или керамического материала на основе титаната бария (BaTiO₃) с разными добавками. При этом температура переключения позисторного слоя 6 определяется по любой из известных методик, применяемых при разработке аналогичных изделий, например путем подбора. А именно, сначала задается температура переключения, равная допустимой температуре нагрева жидкости. По справочникам подбирается наиболее подходящий серийный позистор, изготавливается и испытывается опытный образец, и по результатам испытаний корректируется температура переключения позисторного слоя 6, так как она взаимосвязана, соответствует допустимой температуре нагрева жидкости. И затем решается вопрос об использовании серийных или разработке специальных позисторов для создания позисторного слоя 6 электрода для электродного нагревателя. Секция 1 без позисторного слоя 6. 7 - защитный экран - радиатор, т.е. слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью и защищающий позисторный слой 6 от электрохимической коррозии и отводящий от него тепло. Слои 5, 6 и 7 связаны между собой связующими слоями 8, выполненными из вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пасты. Секции 1, 2 и 3 разделены между собой изоляторами 9 с хорошим электротермосопротивлением. По торцам электрод снабжен нижним защитным слоем 10 и верхним защитным слоем 11.

Электрод работает следующим образом.

При начальной подаче напряжения на электрод, входящий в состав электродного водогрейного котла (не показан) и, естественно, находящийся во взаимодействии с другим электродом, связанным с ним электрически, расположенный в нагреваемой жидкости, температура которой меньше температуры переключения позисторного слоя 6 секций 2 и 3, через него проходит электрический ток по всем секциям 1,2 и 3, нагревающий жидкость. Параметры протекающего электрического тока зависят, в основном, от напряжения между электродами, сопротивления позисторных слоев 6 секций 2 и З и сопротивления жидкости. При комнатных значениях температуры величина сопротивления позистора (см. фиг. 3) лежит в области единиц Ом. Падение напряжения на позисторных слоях 6 секций 2 и 3 невелико, выделяемая ими мощность мала и легко снимается защитными слоями экранами - радиаторами 7 и не особо влияет на величину тока в цепи. По мере нагрева жидкости нагреваются и позисторные слои 6 секции 2 и 3, при этом их сопротивление сначала даже несколько падает. Но при достижении температуры переключения (точка Tп на фиг. 3), выбираемой конструктивно, в нашем случае это 95^oC, в позисторном слое 6 сначала секции 3, резко возрастает скорость изменения сопротивления, на порядки. И позисторный слой 6 секции 3 "запирается", так как нагреваемая жидкость уже не может охлаждать позисторный слой 6, ибо сама нагрета до температуры, соответствующей температуре переключения. Т.е. при достижении температуры переключения позисторный слой 6 резко уменьшает ток через себя до величины поддержания саморазогрева. А это практически означает прекращение нагрева жидкости секцией 3 до тех пор, пока ее температура не станет ниже температуры переключения позисторного слоя 6.

При дальнейшем нагреве жидкости оставшимися в работе секциями 2 и 1, нижняя граница слоя жидкости, нагретой до допустимой температуры, при определенных обстоятельствах может опуститься, захватив секцию 2. В этом случае позисторный слой 6 секции 2 "запирается" аналогично "запиранию" позисторного слоя 6 секции 3. Теперь уже в нагреве жидкости не будут участвовать секции 3 и 2. При этом секция 1 работает постоянно, обеспечивая необходимый подогрев жидкости и ее циркуляцию в системе отопления. При остывании жидкости, омывающей секции 2 и 3, ниже температуры, соответствующей температуре переключения позисторного слоя 6, секции, сначала секция 2, затем, если остывание продолжается, секция 3, включаются в работу поочередно. Таким образом, электрод способен сам выйти на установившийся режим работы.

Использование заявленного электрода в электродном водогрейном котле для циркуляционных систем водяного отопления помещений позволяет в короткий срок прогреть помещение и автоматически выйти на стабильное поддержание температуры при постоянной циркуляции жидкости в системе, что может обеспечить ему широкое применение.

Изобретение предназначено для использования в саморегулируемых водогрейных котлах электродного типа для автономного отопления и горячего водоснабжения объектов, не имеющих централизованного теплоснабжения, например коттеджей, производственных помещений и т.п.. В секционном электроде одна часть секций, например 2 и 3, выполнена в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых - позисторный слой 6, с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, а другая часть секций, например секция 1, выполнена без позисторного слоя. Сначала жидкость нагревается током, проходящим через все секции 1-3. Затем по мере нагрева жидкости до допустимой температуры, соответствующей температуре переключения, сначала позисторного слоя 6 секции 3, а затем и секции 2, секции 3 и 2 запираются, и дальнейшая работа этих секций возможна после остывания жидкости до определенной температуры. Секция 1 работает все время, обеспечивая постоянную циркуляцию жидкости в системе. Это обеспечивает автоматическую работу системы в заданном установленном режиме. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрод для электродного водогрейного котла, содержащий секции с токоподводами, разделенные изоляторами, отличающийся тем, что часть секций выполнена в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем, соединенным с токоподводом, и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполняет функции защитного экрана и радиатора. 3. Электрод по п.1 или 2, отличающийся тем, что позисторный слой связан со слоями, между которыми он расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой.