ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к технике прямого преобразования электрической энергии в тепловую, а именно к электрическим нагревателям жидкости, и может быть использовано для изготовления различного рода электронагревательных приборов.

Известен электродный нагреватель жидкости, содержащий корпус, на днище которого закреплены два коаксильных электрода, и охватывающую наружный электрод нагревательную камеру, выполненную в виде открытого со стороны днища корпуса стакана, с механизмом продольного перемещения (А.С. СССР 845298, Н 05 В 3/60, 1978 г.).

Недостатком известного нагревателя является то, что нагревательная камера, используемая для поддержания постоянной мощности нагрева, выполнена подвижной, что снижает надежность работы устройства в целом.

Известен электродный нагреватель жидкости, содержащий полый корпус, соосно установленные фазный и нулевой электроды и размещенный между ними и изолированный от них промежуточный электрод (Патент РФ 2134382, F 24 H 1/20, 1995 г. - прототип).

Недостатками этого электродного нагревателя жидкости являются практическое отсутствие чувствительности к изменению температуры нагреваемой жидкости в наиболее распространенном диапазоне нагрева - от начальной температуры до 95^oС (т.к. регулирование происходит только при закипании нагреваемой жидкости) и зависимость работоспособности от наличия растворенных в нагреваемой жидкости газов, могущих скапливаться в кольцевой камере, входящей в состав нагревателя и выполняющей регулирующую функцию.

Задача изобретения - обеспечить возможность саморегулирования температуры и режима нагрева жидкости во всем рабочем диапазоне.

Указанная задача решается тем, что в электродном нагревателе жидкости, содержащем полый корпус, соосно установленные фазный и нулевой электроды и расположенный между ними и изолированный от них промежуточный электрод, согласно изобретению промежуточный электрод выполнен в качестве терморезистора из материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) - позистора, и с заданной температурой переключения (по другой терминологии - с заданной точкой Кюри), соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. При этом промежуточный электрод может быть выполнен секционным, из разделенных в поперечном направлении теплоэлектроизоляторами секций - позисторов, с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, и изготовлен или из резиноподобного материала с положительным ТКС, например электропроводной резины с включением титаната бария (ВаТiO₃), и с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, или из керамики на основе титаната бария с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости.

Выполнение промежуточного электрода в качестве терморезистора из материала с положительным ТКС (позистора) и с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, обеспечивает практическое прекращение прохождения электрического тока между фазным и нулевым электродом через нагреваемую жидкость по достижении нагреваемой жидкостью, омывающей промежуточный электрод, температуры, соответствующей температуре переключения материала, из которого он изготовлен, что обеспечивает саморегулирование температуры нагрева жидкости.

Выполнение промежуточного электрода секционным, из разделенных в поперечном направлении теплоэлектроизоляторами секций - позисторов с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, обеспечивает саморегулирование температуры и режима нагрева жидкости во всем рабочем диапазоне. Так как каждая секция изготовлена из материала с заранее определенной температурой переключения и теплоэлектроизолирована от соседних секций.

Выполнение промежуточного экрана или составляющих его секций из резиноподобного материала с положительным ТКС, например электропроводной резины с включением титаната бария (ВаТiO₃) или из керамики на основе титаната бария, с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расширяет конструктивные и технологические возможности при разработке и изготовлении нагревателей, упрощает эксплуатацию.

Сущность изобретения поясняется на примере работы нагревателя, изображенного на фиг. 1. На фиг.2 дан вид I (увеличено) на фиг. 1. На фиг. 3 приведена характерная зависимость сопротивления позистора от температуры (см. Э. Д. Мэклин "Терморезисторы", М., "Радио и связь", 1983 г., рис. 11.6, стр. 151).

Нагреватель содержит (см. фигуры 1 и 2) полый корпус 1 с патрубками входа и выхода жидкости 2 и 3 соответственно, подсоединяемыми к циркуляционной системе отопления (не показана), закрываемый крышкой 4. Внутри корпуса 1, выполняющего заодно и функцию нулевого электрода, соосно ему установлен фазный электрод 5. Между нулевым электродом, корпусом 1 и фазным электродом 5 размещен изолированно от них промежуточный электрод 6, содержащий секции 7, 8 и 9, разделенные теплоизоляторами 10. Промежуточный электрод 6 (секции 7, 8 и 9) выполнен(ы) в качестве терморезистора из материала с положительным ТКС и с заданной температурой переключения - позистора, состоящего из нескольких слоев (см. фиг. 2). 11 - собственно позисторный слой, изготовленный или из электропроводной резины с включением титаната бария (ВаТiO₃), или из керамики на основе титаната бария с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. 12 и 13 - контактные слои, внутренний и наружный соответственно, из химически осажденного никеля (согласно общепринятой технологии изготовления позисторов), выполняющие попутно и функции защитного экрана для собственно позисторного слоя 11. Промежуточный электрод 6 размещен в корпусе 1 при помощи нижней установочной шайбы 14 с окнами 15 и верхней установочной шайбы 16 с окнами 17 для свободного прохода нагреваемой жидкости. Фазный электрод 5 снабжен токоподводом 18, проходящим через крышку 4 и снабженным на конце резьбой для навертывания гаек 19, обеспечивающих его контакт с фазным проводом "Ф", закрываемых защитным кожухом 20. Нулевой провод "О" и заземление 21 подводятся к корпусу 1, нулевому электроду и крепятся любым известным способом.

Нагреватель работает следующим образом.

При подаче напряжения на фазный электрод 5 и нулевой электрод, функцию которого выполняет зануленный корпус 1, между ними через нагреваемую жидкость и промежуточный электрод 6, а именно через его секции 7, 8 и 9, более конкретно через контактные слои 12 и 13 и собственно позисторные слои 11, находящийся в нагреваемой жидкости, температура которой меньше температур переключения позисторных слоев 11 секций 7, 8 и 9, проходит электрический ток, нагревающий жидкость. Параметры протекающего электрического тока зависят в основном от напряжения между фазным 5 и нулевым 1 электродами, сопротивления позисторных слоев 11 секций 7, 8 и 9 промежуточного электрода 6 и сопротивления жидкости. При комнатных значениях температуры величина сопротивления позистора (см. фиг. 3) лежит в области единиц Ом. Падение напряжения на позисторном слое 11 секции 7, 8 и 9 невелико, выделяемая им мощность мала и легко снимается с контактных слоев 12 и 13 и не особо влияет на величину тока в цепи. Нагретая по обе стороны промежуточного электрода 6 жидкость через выходной патрубок 3 поступает в отопительные приборы (радиаторы, не показаны), где охлаждается, и через входной патрубок 4 снова поступает на нагрев в корпус 1. При этом с каждым циклом средняя температура жидкости (на входе и выходе из котла 1) в рассматриваемом случае повышается. По мере нагрева жидкости нагреваются и позисторные слои 11 секции 7, 8 и 9, при этом их сопротивление сначала даже несколько падает. Но при достижении температуры переключения (точка Тп на фиг. 3), выбираемой конструктивно, в нашем случае это 95^oС, в позисторном слое 11 резко возрастает скорость изменения сопротивления, на порядки. И позисторный слой 11 "запирается". Так как нагреваемая жидкость уже не может охлаждать позисторный слой 11, ибо сама нагрета до температуры, соответствующей температуре переключения Тп. Т.е. при достижении температуры переключения позисторный слой 11 резко уменьшает ток через себя, до величины поддержания саморазогрева, а это, практически, означает прекращение нагрева жидкости до тех пор, пока ее температура не станет ниже температуры переключения позисторного слоя 11 секции 7, 8 и 9 промежуточного электрода 6.

В зависимости от реализуемого режима нагрева отключение, самозапирание секций 7, 8 и 9 промежуточного электрода 6 происходит одновременно или в заданной очередности по достижению омывающей их (нагреваемой проходящим через них током) жидкостью температуры, соответствующей температуре переключения Тп позисторных слоев 11, выбираемой заранее.

При снижении температуры жидкости, омывающей соответствующую секцию ниже температуры переключения Тп позисторного слоя 11 этой секции, секция включается в работу снова.

Т.е. нагреватель способен сам выйти на заданный режим работы и поддерживать его самостоятельно, что может обеспечить изобретению широкое применение во всевозможных нагревательных устройствах электродного типа.

Изобретение относится к технике прямого преобразования электрической энергии в тепловую, а именно к электродным нагревателям жидкости, и может быть использовано для изготовления различных электронагревательных приборов. Нагреватель содержит полый корпус, выполняющий роль нулевого электрода, в котором соосно установлены фазный электрод и размещенный между ними и изолированно от них промежуточный электрод, содержащий секции, разделенные в поперечном направлении теплоэлектроизоляторами. Промежуточный электрод (секции) выполнен(ы) в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. Такая конструкция нагревателя позволяет обеспечить саморегулирование температуры и режима нагрева жидкости во всем рабочем диапазоне. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электродный нагреватель жидкости, содержащий полый корпус, соосно установленные фазный и нулевой электроды и размещенный между ними и изолированный от них промежуточный электрод, отличающийся тем, что промежуточный электрод выполнен в качестве терморезистора из материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позистора) и с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. 2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный электрод выполнен секционным из разделенных в поперечном направлении теплоэлектроизоляторами секций-позисторов с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. 3. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что промежуточный электрод изготовлен из резиноподобного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например электропроводной резины с включением титаната бария (ВаТiO₃), и с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. 4. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что промежуточный электрод изготовлен из керамики на основе титаната бария с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости.