Способ нагрева воды в проточном электроводонагревателе с пластинами-электродами с периодическим прекращением подачи воды на его выход Российский патент 2003 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к электроэнергетике и может использоваться в бытовых и промышленных электроводонагревателях.

Известен способ нагрева воды в проточном электроводонагревателе, содержащем резистивный нагревательный элемент /проволока с электроизоляцией в металлической трубке/, расположенный внутри металлической трубки с протекающей через нее нагреваемой водой, расположенной в корпусе водонагревателя /Руководство по эксплуатации ПЭВН-220-3, 5-02 "ALFA 3, 5", 2001 г., ЗАО "Делсот", г. Миасс, Челябинская область/.

Недостатками такого способа являются сложность конструкции водонагревателя из-за применения относительно сложного резистивного нагревательного элемента, необходимости электроизоляции его от трубы с водой, возможное его перегорание, определенная инерционность нагрева воды из-за дополнительного времени на нагрев резистивного элемента, электроизоляционного материала и с относительно большими габаритами деталей конструкции водонагревателя /трубы, крепежные детали/, а также большие габариты водонагревателя и высокая его стоимость.

Недостатком данного водонагревателя является также его неэкономичность из-за относительно большой теплоотдачи при большой наружной поверхности трубы с водой и из-за потерь энергии на нагрев нагревательного элемента, электроизоляционного материала и деталей его конструкции; кроме того, из-за малой теплопроводности электроизоляционного материала и воды необходима дополнительная мощность для обеспечения ее нагрева до требуемой температуры на выходе водонагревателя при требуемом объеме воды, протекающей через него за единицу времени. При большей потребляемой мощности, соответственно, подводящие сетевые провода должны иметь большее сечение, что также ограничивает возможность его применения. В таком водонагревателе при питании от сети ~220 В потребляемый ток 16 А, мощность 3,5 кВт; при расходе воды 1,7 л/мин температура воды на выходе увеличивается на 25°С.

Известен способ нагрева воды в проточном электроводонагревателе с пластинами-электродами, с одинаковыми расстояниями между пластинами ячеек секций водонагревателя, с периодическим прекращением подачи воды на его выход при ее нагреве до промежуточной температуры на выходе водонагревателя, после чего продолжают нагрев воды в водонагревателе в течение интервала времени, необходимого для ее нагрева до требуемой температуры воды на выходе водонагревателя, затем осуществляют протекание воды через него в течение интервала времени, в котором эта температура изменяется в допустимых пределах, после чего эти операции повторяют в течение требуемого времени /патенты РФ №2059165, №2116581/.

Этот способ обеспечивает нагрев воды в вышеобозначенном водонагревателе при относительно небольшом токе через него, с периодическим прекращением подачи ее на выход водонагревателя, до температуры, существенно превышающей температуру воды на выходе в проточном водонагревателе с непрерывной подачей воды на выход.

Недостатком этого способа является то, что при постоянной величине напряжения питания, из-за увеличения удельной электропроводности воды при повышении ее температуры при ее нагреве - температурный коэффициент равен примерно +2% на +1°С - пропорционально ее повышению от первой ячейки первой секции /у входа водонагревателя/ до второй ячейки последней секции /у его выхода/, в интервале времени подачи воды на выход водонагревателя и, соответственно, поступления в него холодной воды, в водонагревателе с одинаковыми расстояниями между пластинами-электродами секций, при ограничении потребляемого водонагревателем тока максимально допустимым значением, при существенном увеличении тока через последние ячейки по сравнению с первыми ячейками средняя потребляемая водонагревателем мощность Р_ср и, соответственно, получаемая водой тепловая энергия Q будут существенно меньше возможных величин, также и температура воды на выходе водонагревателя.

Задачей изобретения является устранение этого недостатка.

Предложен способ нагрева в проточном электроводонагревателе с пластинами–электродами с периодическим прекращением подачи воды на его выход при её нагреве до промежуточной температуры на выходе электроводонагревателя, после чего продолжают нагрев воды в течение времени, необходимого для её нагрева до требуемой температуры на выходе электроводонагревателя, затем осуществляют протекание воды через него в течение интервала времени, в котором эта температура изменяется в допустимых пределах, после чего эти операции повторяют в течение требуемого времени. Задача решается тем, что при постоянной величине подаваемого на электроводонагреватель напряжения питания, с увеличением удельной электропроводности воды между пластинами–электродами при её нагреве, обеспечивают существенное увеличение получаемой водой тепловой энергии и, соответственно, её температуры на выходе электроводонагревателя, - путем соответствующего увеличения расстояния между пластинами–электродами в обоих вышеобозначенных интервалах времени, а в интервале времени прекращения подачи воды на выход электроводонагревателя – путем соответствующего уменьшения их площади, и оба вышеобозначенных изменения – от входа до выхода электроводонагревателя.

Увеличивают расстояние между пластинами-электродами ячеек в вышеобозначенном направлении, примерно компенсируя в интервале времени подачи воды на выход водонагревателя увеличение удельной электропроводности воды и примерно выравнивая сопротивление воды во всех ячейках и токи через них. При этом средние величины Р_ср и Q будут существенно больше, соответственно и температура воды на выходе водонагревателя.

Отмеченная выше ситуация еще больше ухудшится в интервале времени прекращения подачи воды на выход - при дальнейшем существенном повышении температуры воды в водонагревателе при дальнейшем ее нагреве, и вышеобозначенное увеличение расстояний между пластинами-электродами не обеспечит компенсацию дополнительного существенного увеличения удельной электропроводности воды.

Для обеспечения существенно больших величин Р_ср и Q в этом интервале времени, дополнительно к вышеобозначенному увеличению расстояний между пластинами-электродами, соответственно увеличения удельной электропроводности воды уменьшают их площадь в том же вышеобозначенном направлении, что примерно компенсирует дополнительное увеличение удельной электропроводности воды. Это также существенно увеличит температуру воды на выходе в интервале времени подачи ее на выход водонагревателя.

Уменьшение площади пластин-электродов осуществляют следующим образом. Каждая из двух пластин ячеек состоит из двух частей разной площади, между которыми имеется промежуток для протекания воды. На две противоположно расположенные части пластин ячейки, площадь каждой из которых равна площади уменьшения ее пластин, в интервале времени подачи воды на выход водонагревателя подают через контакты реле напряжение питания. В интервале времени прекращения подачи воды на выход водонагревателя с помощью этих контактов напряжение питания на эти части пластин не подается. На две другие противоположно расположенные части двух пластин ячейки напряжение питания подается в обоих вышеобозначенных интервалах времени.

Суммарное увеличение температуры воды на выходе водонагревателя при ее нагреве в обоих вышеобозначенных интервалах времени весьма существенно.

Таким образом, предлагаемый способ нагрева воды при относительно небольшой потребляемой водонагревателем мощности обеспечивает значительное увеличение температуры воды на его выходе по сравнению с рассмотренным выше аналогичным способом нагрева воды в водонагревателе с одинаковыми расстояниями между пластинами-электродами и одинаковой их площадью в обоих вышеобозначенных интервалах времени.

Защита от поражения электрическим током в проточном электроводонагревателе с пластинами-электродами обеспечивается заземлением пластин, аналогичных пластинам-электродам и расположенных на входе и выходе водонагревателя, и подсоединением соседних с ними пластин-электродов к нулевому проводу сети, при этом потенциалы воды на входе и выходе водонагревателя будут значительно ниже допустимого уровня; кроме того, при неисправности цепи заземления вышеобозначенных пластин прекращают протекание воды в сливном патрубке водонагревателя с помощью управляемой электромагнитным устройством заслонки. Таким образом, вышеобозначенная защита дублируется трижды /заявка №2001130792/.

Проточные электроводонагреватели с пластинами-электродами с периодическим прекращением подачи воды на выход водонагревателя по предлагаемому способу по сравнению с проточными электроводонагревателями с резистивными нагревательными элементами экономичны в расходе электроэнергии, быстродействующие, с меньшими габаритами, более дешевые, и ввиду питания их с подводящими сетевыми проводами с относительно небольшими сечениями обеспечивается возможность более широкого их применения.

Изобретение относится к электроэнергетике и может использоваться в бытовых и промышленных электроводонагревателях. Сущность изобретения в том, что в водонагревателе прекращают подачу воды на его выход при ее нагреве до промежуточной температуры на выходе водонагревателя, после чего продолжают нагрев воды в течение времени, необходимого для ее нагрева до требуемой температуры на выходе электроводонагревателя, затем осуществляют протекание воды через него в течение интервала времени, в котором эта температура изменяется в допустимых пределах, после чего эти операции повторяют в течение требуемого времени. При постоянной величине подаваемого на водонагреватель напряжения питания увеличивают расстояние между пластинами-электродами в обоих вышеобозначенных интервалах времени, а в интервале прекращения подачи воды на выход водонагревателя - уменьшают их площадь, и оба вышеобозначенные изменения - от входа до выхода водонагревателя. При таком способе с увеличением удельной электропроводности воды между пластинами-электродами при ее нагреве обеспечивают существенное увеличение получаемой водой тепловой энергии и, соответственно, ее температуры на выходе водонагревателя.

Способ нагрева воды в проточном электроводонагревателе с пластинами-электродами с периодическим прекращением подачи воды на его выход при ее нагреве до промежуточной температуры на выходе электроводонагревателя, после чего продолжают нагрев воды в течение времени, необходимого для ее нагрева до требуемой температуры на выходе электроводонагревателя, затем осуществляют протекание воды через него в течение интервала времени, в котором эта температура изменяется в допустимых пределах, после чего эти операции повторяют в течение требуемого времени, отличающийся тем, что при постоянной величине подаваемого на электроводонагреватель напряжения питания, с увеличением удельной электропроводности воды между пластинами-электродами при ее нагреве, обеспечивают существенное увеличение получаемой водой тепловой энергии и соответственно ее температуры на выходе электроводонагревателя - путем соответствующего увеличения расстояния между пластинами-электродами в обоих вышеобозначенных интервалах времени, а в интервале времени прекращения подачи воды на выход электроводонагревателя - путем соответствующего уменьшения их площади и оба вышеобозначенные изменения - от входа до выхода электроводонагревателя.