ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОТЕЛ Российский патент 2003 года по МПК F22B1/30 

Изобретение относится к электроводонагревателям и может применяться для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений как в закрытых, так и открытых отопительных системах. Кроме того, могут применяться на строительных площадках, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, где требуется горячая вода для технологических процессов.

Известен электрический котел, состоящий из корпуса, в который вварены два патрубка для прямой и обратной воды. В верхней части котла имеется маховик регулятора мощности, с помощью которого перемещаются экраны, входящие между электродами. Для автоматического поддержания заданного диапазона температуры воды в верхней крышке электрокотла установлено термореле (см. Доцков И. И. , Маземов С.С. Электрические нагревательные устройства. Россельхоз, 1973, стр.16).

Известен также электрический котел, полость которого снабжена электродом, подключенным к источнику питания и электрически изолированным от корпуса котла, подводящим и отводящим патрубками (см. Доцков И.И., Маземов С.С. Электрические нагревательные устройства. Россельхоз, 1973, стр.20, рис. 6).

Электрический котел развивает номинальную мощность только при работе на воде с расчетным удельным сопротивлением. С уменьшением удельного сопротивления воды мощность котла возрастает, но использовать электрический котел для получения мощности, в несколько раз превышающей номинальную, нельзя, так как электрическая прочность воды недостаточна и это может вызвать пробой между электродами разных фаз. Такие пробои промежутка воды сопровождаются резкими ударами внутри котла, бросками тока, что может привести к срабатыванию максимально-токовой защиты и отключению котла от электрической сети.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение среднего условного коэффициента преобразования электрической энергии в тепловую.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении концентрации носителей электрического тока электрического котла.

Поставленная задача решается тем, что электрический котел, полость которого снабжена электродом, подключенным к источнику питания и электрически изолированным от корпуса котла, подводящим и отводящим патрубками, отличается тем, что основной электрод выполнен в виде перфорированной трубы, предпочтительно стальной, при этом устройство снабжено дополнительными краевым и центральным электродами, размещенными соосно с основным электродом, причем центральный дополнительный выполнен из проводящего материала с малой работой выхода электронов в виде стержня, и размещен в полости основного электрода, и изолирован от контакта с ним, а краевой дополнительный электрод выполнен в виде перфорированной трубы из проводящего материала с малой работой выхода электронов, и размещен вокруг основного электрода, и изолирован от контакта с ним, кроме того, в качестве источника питания использован трансформатор с регулируемым магнитным шунтом, причем один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к центральному дополнительному электроду, а второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к основному электроду, который через регулирующий элемент, например симистор, подключен к крайнему дополнительному электроду, кроме этого, второй вывод вторичной обмотки подключен к одному из выводов первичной обмотки. При этом для изготовления дополнительных центрального и краевого электродов использован материал с работой выхода электронов не более 0,3 эВ, например алюминия.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "...нагревательный электрод выполнен в виде перфорированной трубы, предпочтительно стальной..." позволяет продлить срок службы электрода, так как сталь менее подвержена коррозии.

Признаки ". ..устройство снабжено дополнительными краевым и центральным электродами, размещенными соосно с основным электродом, причем центральный дополнительный выполнен из проводящего материала с малой работой выхода электронов в виде стержня и размещен в полости основного электрода..." и "...а краевой дополнительный электрод выполнен в виде перфорированной трубы из проводящего материала с малой работой выхода электронов и размещен вокруг основного электрода..." позволяет обеспечить дополнительную инжекцию электронов в теплоноситель. Между дополнительными электродами и корпусом котла за счет увеличения плотности тока возникает градиент температуры, который способствует выделению дополнительного количества тепла в соответствии с эффектом Томсона.

Признак ". ..дополнительные краевой и центральный электроды... изолированы от контакта с ним (основным электродом)..." позволяет исключить протекание тока между электродами и корпусом котла, приводящее к неравномерному распределению нагрузок между фазами.

Признаки ". . .в качестве источника питания использован трансформатор с регулируемым магнитным шунтом, причем один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к центральному дополнительному электроду, а второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к нагревательному электроду, который через регулирующий элемент, например симистор, подключен к крайнему дополнительному электроду, кроме этого, второй вывод вторичной обмотки подключен к одному из выводов первичной обмотки..." позволяет не только обеспечить гальваническую развязку с питающей сетью, но и регулировать процесс нагрева и стабилизацию температуры теплоносителя.

Отличительный признак второго пункта формулы изобретения оговаривает проводящие материалы с малой работой выхода электронов, которые могут быть использованы для изготовления дополнительных электродов.

На чертеже показан электрический котел в разрезе. На чертеже показаны корпус 1 электрокотла, патрубки 2 и 3 для входа и выхода воды, основной электрод 4, центральный 5 и краевой 6 дополнительные электроды, понижающий трансформатор 7, регулирующий элемент 8, датчик температуры 9.

Корпус 1 электрокотла выполнен в виде стальной цилиндрической трубы, закрытой с двух сторон стальными крышками с отверстиями для выводов. В корпус вварены два патрубка 2 и 3 для входа и выхода воды. Внутри корпуса установлены электроды. Система электродов включает в себя основной электрод 4, антиэлектрод - корпус 1 котла, центральный 5 и краевой 6 дополнительные электроды. Основной электрод 4 изготовлен в виде перфорированной стальной трубы. Центральный дополнительный электрод 5 изготовлен в виде стержня из алюминия, имеющего малую работу выхода электронов. Краевой дополнительный электрод 6 изготовлен из перфорированной алюминиевой трубы, покрытой полимером. В качестве источника питания используют понижающий трансформатор 7, первичную обмотку которого подключают к сети с напряжением 220 В, 50 Гц. Основной электрод 4 и корпус 1 котла подключают к первичной обмотке трансформатора 7. Центральный дополнительный электрод 5 подключают одним концом к вторичной обмотке трансформатора 7 напряжением 50 В, вторым концом - к основному электроду 4. Краевой дополнительный электрод 6 замкнут через регулирующий элемент 8, например симистор, на основной электрод 4. Для контроля температуры воды в верхней крышке котла установлен датчик температуры.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения трансформатором 7 на основной электрод 4 между этим электродом и корпусом 1 котла начинает протекать электрический ток и теплоноситель (вода, которую подают через патрубок 2) начинает нагреваться за счет выделения джоулева тепла. Одновременно на центральный дополнительный электрод 5 подают пониженное напряжение 50 В с вторичной обмотки трансформатора 7. Поскольку центральный электрод 5 изготовлен из алюминия, электроны которого имеют малое значение работы выхода, в области между центральным 5 и основным 4 электродами значительно увеличивается концентрация носителей электрического тока, а следовательно, и количество выделяемого тепла, пропорционально квадрату тока. Это в свою очередь приводит к значительному увеличению градиента температуры между основным электродом 4 и корпусом 1 котла. В соответствии с эффектом Томсона наличие градиента температуры в среде, где протекает электрический ток, приводит к выделению в этой области дополнительного количества тепла. Регулирование концентрации носителей тока, а также величины градиента температуры осуществляют с помощью краевого дополнительного электрода 6 с помощью регулирующего элемента 8. Краевой дополнительный электрод 6 позволяет регулировать мощность электрокотла в широких пределах, выполняя роль экранов, используемый для этих целей в известных конструкциях. Кроме того, регулирование мощности котла в небольших пределах можно осуществить путем изменения напряжения вторичной обмотки трансформатора 7. Контроль температуры воды осуществляют датчиком температуры 9. Нагретую воду через патрубок 3 подают потребителю.

Изобретение относится к электроводонагревателям и может применяться для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений как в закрытых, так и открытых отопительных системах. Сущность изобретения в том, что устройство снабжено дополнительными крайним и центральным электродами, размещенными соосно с основным электродом, изолированными от контакта с ним и выполненными из проводящего материала с малой работой выхода электронов, причем центральный дополнительный выполнен в виде стержня, размещен в полости основного электрода, а крайний дополнительный электрод выполнен в виде перфорированной трубы, размещен вокруг основного электрода, кроме того, в качестве источника питания использован трансформатор с регулируемым магнитным шунтом, один вывод вторичной обмотки которого подключен к центральному дополнительному электроду, а второй вывод вторичной обмотки - к одному из выводов первичной обмотки, а также к основному электроду, который через регулирующий элемент, например симистор, подключен к крайнему дополнительному электроду. При таком выполнении повышается концентрация носителей электрического тока электрического котла, что позволяет повысить средний условный коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрический котел, полость которого снабжена электродом, подключенным к источнику питания и электрически изолированным от корпуса котла, подводящим и отводящим патрубками, отличающийся тем, что основной электрод выполнен в виде перфорированной трубы, предпочтительно стальной, при этом устройство снабжено дополнительными крайним и центральным электродами, размещенными соосно с основным электродом, причем центральный дополнительный выполнен из проводящего материала с малой работой выхода электронов в виде стержня и размещен в полости основного электрода и изолирован от контакта с ним, а крайний дополнительный электрод выполнен в виде перфорированной трубы из проводящего материала с малой работой выхода электронов и размещен вокруг основного электрода и изолирован от контакта с ним, кроме того, в качестве источника питания использован трансформатор с регулируемым магнитным шунтом, причем один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к центральному дополнительному электроду, а второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к основному электроду, который через регулирующий элемент, например симистор, подключен к крайнему дополнительному электроду, кроме этого, второй вывод вторичной обмотки подключен к одному из выводов первичной обмотки. 2. Электрический котел по п.1, отличающийся тем, что для изготовления дополнительных центрального и крайнего электродов использован материал с работой выхода электронов не более 0,3 эВ, например алюминий.