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

Изобретение относится к конвекционным водонагревателям электродного типа, предназначено для работы в автономных сетях жидкостного теплоснабжения с использованием конвекционных теплообменников, радиаторов и может применяться в качестве конвекционного нагревателя воды для технических целей, технологических процессов.

Известен электродный нагреватель жидкости [1], обеспечивающий ступенчатую регулировку тепловой и электрической мощности.

В аналоге для обеспечения регулировки мощности между фазовыми и нулевыми цилиндрическими электродами размещен экранирующий металлический электрод, который через коммутатор электрически связан с источником питания и центральным фазным электродом. Токовыводы всех трех электродов размещены на диэлектрической перегородке и закрыты заземленным металлическим кожухом. В свою очередь, электроды размещены в корпусе с отводящим и подводящим патрубками, а диэлектрическая перегородка является крышкой корпуса.

Кроме того, корпус в сборе помещен в заземленный кожух, в аналоге обеспечена ступенчатая регулировка мощности нагрева жидкости с помощью коммутатора. Недостатками аналога является сложная конструкция из-за наличия коммутатора, а также отсутствие возможности плавной регулировки мощности в широких пределах.

Наиболее близким известным техническим решением является проточный нагреватель ВЭП - 06 [2], содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, два фазных электрода, коаксиально размещенные в корпусе и закрепленные в диэлектрических перегородках, фазный и нулевой выводы для подачи электропитания и цилиндрическую полость, причем мощность электронагрева регулируется ступенчато путем разных комбинаций включения фазных электродов и плавно подбором проводимости нагреваемой жидкости.

Недостатками прототипа являются:
- усложнение схемы управления нагревом в связи с необходимостью коммутации фазных электродов для ступенчатой регулировки мощности водонагревателя;
- необходимость корректировки проводимости нагреваемой жидкости для обеспечения плавной регулировки мощности водонагревателя.

Задачей изобретения является упрощение устройства и обеспечение плавной регулировки мощности водонагревателя без корректировки проводимости нагреваемой жидкости.

Для достижения поставленной задачи в нагревателе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, коаксиально размещенный в корпусе на диэлектрической перегородке в полости с нагреваемой жидкостью фазный электрод, последний и нижняя часть корпуса выполнены коническими, фазный электрод имеет винтовой стержень, проходящий через диэлектрическую перегородку и снабжен хвостовиком.

При этом винтовой стержень и диэлектрическая перегородка могут быть соединены друг с другом винтовой металлической втулкой, а между втулкой и перегородкой введена эластичная герметизирующая кольцевая шайба. Кроме того, угол конических поверхностей корпуса и фазного электрода может быть равен 10-20^oС. Кроме того, диэлектрическая перегородка выполнена по наружному диаметру с резьбой и закреплена на резьбовой части внутренней поверхности корпуса. Кроме того, хвостовик на винтовом стержне фазного электрода имеет длину не менее максимального хода фазного электрода на оси нагревателя и снабжен вращающейся ручкой.

На фиг.1 представлен общий вид нагревателя.

Нагреватель содержит корпус 1 с конической частью 2 и защитным цилиндром 3, закрытым с верхнего торца крышкой 4 и заглушкой 5. Коническая часть 2 снабжена подводящим патрубком 6, а корпус 1 снабжен отводящим патрубком 7.

Во внутренней полости 8 нагревателя размещен конический фазный электрод 9, снабженный винтовым стержнем 10, проходящим через диэлектрическую перегородку 11 и резьбовую втулку 12, которая в свою очередь соединена с перегородкой 11 на резьбе.

Между торцом втулки 12 и перегородкой помещена эластичная герметизирующая шайба 13 для предотвращения выхода жидкости из полости 8. Винт 10 имеет хвостовик 14 под ключ и ограничительную шайбу 16.

К резьбовой втулке 13 присоединен провод 15 подачи фазного питания на электрод 9.

К корпусу 1 приварены резьбовые выводы 17 и 18 для подключения нулевого провода питания и провода заземления соответственно.

Перегородка 11 соединена герметично с корпусом 1 и обеспечивает коаксиальное положение электрода 9 в полости 8 нагревателя при любом положении винта 10 во втулке 12. Регулировка положения электрода 9 в полости 8 обеспечивается ключом 19 (фиг.2) из диэлектрического материала, вводимого через отверстие 20 в крышке 4. В крайнем верхнем положении электрода 9 расстояние между поверхностями корпуса 1 и электрода 9 максимально, площадь эффективного взаимодействия между ними минимальна, поэтому при наличии жидкости в полости 8 нагревателя и подаче напряжения питания на выводы 15 и 17 нагревателя через жидкость потечет минимальный ток, согласно закону Джоуля-Ленца. В крайнем нижнем положении электрода 9 расстояние между поверхностями корпуса 1 и электрода 9 минимально. А площадь эффективного взаимодействия между ними максимальна, что обеспечит максимальный ток через жидкость и максимальную мощность нагрева.

При подаче на фазный провод 15 и вывод 17 питающего напряжения U_с в полости 8 течет ток где R_у' - эквивалентное сопротивление между электродом 9 и корпусом 2.

Значение где q - удельная проводимость жидкости в полости 3; S_э - эквивалентная площадь взаимодействия поверхности электрода 9 и корпуса 2; r - расстояние между поверхностями корпуса 2 и электрода 9.

Варианты постоянного размещения элемента регулировки мощности нагревателя показаны на фиг.3 и 4. Ключ 19 выполнен в виде вращающейся ручки, поджатой пружиной 21, упирающейся в шайбу 22 (фиг.3) или шайбой 23 с эксцентричной шайбой 24 (фиг.4).

Хвостовик 14 стержня имеет длину, несколько больше максимального хода электрода от нагревателя и свободно перемещается в прорези ручки 19.

При этом обеспечивается возможность оперативной регулировки положения фазного электрода в полости нагревателя, а значит мощности нагревателя путем вращения ручки 19.

По сравнению с аналогом предложенное техническое решение обеспечивает плавную регулировку тепловой и электрической мощности в широких пределах при существенном упрощении конструкции и технологии изготовления нагревателя. Нагреватель (фиг.1) собран исключительно из элементов в форме тел вращения, получаемых путем токарной обработки без применения дорогостоящих штампов.

Испытания и расчеты показали, что выбором угла корпусных поверхностей в пределах 10-20^o обеспечивается регулировка электрической и тепловой мощности нагревателей в 10-16 раз, при этом отпадает надобность в коммутаторе фазных и экранирующих электродов, из которых используется всего один фазный электрод.

Источник информации
1. Электродный нагреватель жидкости. Патент RU 2095945 С1, кл. Н 05 В 3/44, F 24 Н 1/20.

2. Водонагреватель электродный проточный. МЖГП.681946.001 ТУ.

Изобретение предназначено для использования в котлах, аккумуляторных водонагревателях, автономных системах отопления, питающихся от электросети. Сущность изобретения: нагреватель представляет собой цилиндрический корпус с конусной нижней частью, в корпусе коаксиально размещен на диэлектрической перегородке конический фазный электрод с винтовой частью, проходящий через диэлектрическую перегородку и резьбовую втулку. Коническая форма фазного электрода и нижней части корпуса, а также подвижное соединение фазного электрода позволяют плавно регулировать мощность водонагревателя без корректировки проводимости нагреваемой жидкости. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электродный нагреватель жидкости, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, коаксиально размещенный в корпусе на диэлектрической перегородке в полости с нагреваемой жидкостью фазный электрод, отличающийся тем, что фазный электрод и нижняя часть корпуса выполнены коническими, фазный электрод имеет винтовой стержень, проходящий через диэлектрическую перегородку, и снабжен хвостовиком. 2. Электродный нагреватель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что винтовой стержень и диэлектрическая перегородка соединены друг с другом винтовой металлической втулкой, а между втулкой и перегородкой введена эластичная герметизирующая кольцевая шайба. 3. Электродный нагреватель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что угол конических поверхностей корпуса и фазного электрода равен 10-20^oС. 4. Электродный нагреватель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая перегородка выполнена по наружному диаметру с резьбой и закреплена на резьбовой части внутренней поверхности корпуса. 5. Электродный нагреватель жидкости по п. 1, отличающийся тем, что хвостовик на винтовом стержне фазного электрода имеет длину не менее максимального хода фазного электрода на оси нагревателя и снабжен вращающейся ручкой.