Установка электродного нагрева жидкости Советский патент 1984 года по МПК H05B3/60 

1. Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим нагревание жидкостны сред, например воды, в условиях отсутствия централизованного теплоснабжения. Известен электронагреватель жидкостных сред, содержащий электрические нагревательные элементы, собранные в блок нагрева на общем фланце, установленном на емкости, заполненной жидкостью 11. Недостатки этого нагревателя высокий расход потребляемой электро энергии, малый срок службы и необходимость применения для его изготовления дорогостоящих токопроводящих материалов. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является ус новка электродного нагрева жидкости содержащая нагреватель, выполненный в виде цилиндрического, наружного эл трода, в котором коаксиально и с за зорами относительно друг друга и ег стенки расположены три цилиндрических электрода, снабженные выводами, соединенными через переключающее устройство с источником переменного тока С 23. Недостатками известного нагреват ля являются сложность конструкции, большая металлоемкость и небезопасность в эксплуатации из-за возможности появления на его корпусе опас ного напряжения прикосновения. Цель изобретения - повышение эффективности нагрева и снижение металлоемкости нагревателя. Поставленная цель достигается те что в установке электродного нагрев жидкости, содержащей нагреватель, выполненный в виде цилиндрического наружного электрода, в котором коак сиально и с зазорами относительно друг друга и его стенки расположены три цилиндрических электрода, снабженные выводами, соединенными через переключающее устройство с источни: ком переменного тока, зазор между цилиндрическими поверхностями сосед них электродов выбран в пределах ОИ 2iv. .диаметры образующих зазор поверхностей, причем средний элек62трод и наружный подсоединены к рабочему нулю, а крайние электроды - к одной из фаз источника. На фиг. 1 изображен электронагреватель; на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема. Электронагреватель выполнен из нагревательного элемента в виде четырех блоков и коаксиально расположенных внутреннего 1, среднего 2, крайнего 3 и экранирующего 4 цилиндрических электродов с центрирующими между ними диэлектрическими изоляторами 5, открытых с обоих торцов для возможности циркуляции жидкости в кольцевых зазорах 6 между ними. Цилиндрические электроды 1, 2 и 3 верхними торцами прикреплены к горизонтальному силовому вводу 7, соединенному с переключающим устройством 8. При этом для обеспечения циркуляции жидкости в верхних торцах образованы вырезы 9. Экранирующий электрод 4 посредством соединителя 10 жестко связан со средним цилиндром 2. Цилиндрические электроды 1-4 установлены с охватом друг другом по всей длине при ширине кольцевых зазоров 6 между ними, обеспечивающих максимальную плотность тока на смежных цилиндрических поверхностях электродов, согласно соотношению 1оЛ4еп О,& . где Dr , ,. метры смежных поверхностей цщ1индров, ближайше расположенных по отношению друг к другу. Для воды оптимальной является ширина кольцевых зазоров в пределах 2,5-5 мм, так как при увеличении зазора более 5 мм концентрация электромагнитных полей и, следовательно, плотность тока на смежных цилиндрических поверхностях электродов уменьшается, а в случае уменьшения зазора менее 2,5 мм наблюдается неустойчивая работа и случаи электрического пробоя между цилиндрами. Силовой ввод 7 выполнен в виде диэлектрического проходного изолятора Т1 .цилиндрической формы, по торцам которого образованы симметричные кольцевые ступени 12 и на них установлены поджимные кольца 13 с прокладками 14 из эластичного термостойкого материала. В изоляторе 11, кольцах 13 и прокладках 14 выполнены отверстия, через которые пропущены токопроводящие шпильки 15 с резьбой на верхних концах, на которых установлены гайки 16, обеспечивающие обжатие прокладок 14 для создания герметичности силового ввода 7, а также служащие для фиксации клемм 17с проводами 18. Нижние концы шпилек 15 жестко прикреплены к соответствующим цилиндрическим электродам 1, 2 и 3 для обеспечения соединения их с корпусом силового ввода 7. Электронагреватель посредством фланца 19, фиксирующего кольца 20, прокладки 21 и болтов 22 смонтирован на крышке емкости 23. Переключающее устройство 8, служащее для оперативного регулирования мощности нагрева, с одной стороны соединено с фазой и рабочим нулем сети 380/220 В, а с другой стороны с помощью проводов 18 клемма ми 1 соединено с верхними концами токопроводящих шпилек 15 так, что внутренний 1 и наружный 3 цилиндрические электроды с помощью переключающего устройства одновременно или попеременно подключаются к фазе, а средний электрод 2 соединен с рабочим нулем. Корпус емкости 23 соединен с защитным заземлением 24. Электронагреватель работает следу ющим образом. После установки нагревателя на крышке емкости 23 с жидкостью посред ством переключающего устройства уста навливают требуемую ступень мощности При подаче напряжения на электроды в кольцевых зазорах между ними возникают и концентрируются электромагнитны поля, вызывающие интенсивный нагрев жидкость в зазорах. Холодная жидкостьпоступает с нижнего торца нагревателя в кольцевые зазоры 6 и, гравитационно циркулируя по ним, под действием электромагнитного поля нагревателя, поднимается вверх и через вырезы 9 в электродах выходит в нагретом состоянии. При подаче напряжения на электрод 3 ток течет от фазы сети по внутренней поверхности электрода и, равно-, мерно пересекая циркулирующую жидкость в кольцевом зазоре между злекТ4)одами 3 и 2, переходит на наружнюю 1 624 поверхность -электрода 2 и далее - к рабочему нулю сети. При подаче напряжения на электрод 1 ток течет и концентрируется на всей его наружней поверхности и, равномерно пересекая циркуляцию жидкости в кольцевом зазоре между смежными поверхностями электродов 1 и 2, переходит на внутреннюю поверхность электрода 2 и далее - к рабочему нулю сети. При подаче напряжения на электроды 3 и 1 одновременно, ток одновременно течет по указанным направлениям. Таким образом обеспечиваются необходимая интенсивность нагрева жидкости и соответствующее регулирование мощности нагревателя. Эффективность описанной установки по сравнению с аналогом состоит в том, что в ней электромагнитные поля концентрируются и запираются jB зазорах между коаксиально и близко расположенными, охватываемыми по всей длине друг друга цилиндрически ми электродами. При этом значительно улучшается использование эффекта ;близости и поверхностного эффекта, усиливающих концентрацию тока на смежных цилиндрических поверхностях электродов, повышающие электрическое сопротивление, КПД и cos f электронагревателя и устройства в целом. Вследствие эффекта близости и поверхностного эффекта, ток на наг ружной поверхности экранирующего электрода - корпуса незначителен, что снижает напряжение прикосновения на участке корпус-земля до практически безопасных пределов (от нескольких мВ до 1-2 В). Это позволяет надежно обеспечить безопасность персонала, не прибегая к и специальным мероприятиям техники безопасности. Электронагреватель обеспечивает высокую степень пожарной безопасности, так как работает с максимальными температурами нагрева, не превышающими температуру кипения жидкости (например, для воды 100-135°С). При этом выкипание или аварийное вытекание жидкости из емкости нагрева аварийной ситуации не создает, так как при этом нагрузка падает до нуля, а ток и нагрев прекращаются вообще., Регулировка мощности данного электронагревателя жидкостных сред не требует сложного в изготовлении

и в эксплуатации устройства, перемещающегося непосредственно в нагревателе среды, а осуществляется просто

и оперативно с пульта управления, располагаемого на потребности на любом расстоянии от нагревателя.

Вбод 9a

1. УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВА ЖИДКОСТИ, содержащая нагреватель, выполненный в виде цилиндрического электрода, в котором коаксиально и с зазорами относительно друг друга и его стенки расположены три цилиндрических электрода, снабженные выводами, соединенными черезч переключакнцее устройство с источником переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности нагрева и снижения металлоемкости нагревателя, зазор между цилиндрическими поверхностями соседних электродов выбран в пределах 0,1 4йг- $ 0,6, где 1, c - диаметры образующих зазор поверхностей, причем средний электрод 8 и наружный подсоединены к рабочемунулю, а крайние электроды - к одной из фаз источника.

3

Фиг.2