Электродный нагреватель текучих сред Советский патент 1984 года по МПК H05B3/60 F22B1/28 

1 Изобретение относится к электро технике, а именно к устройствам электродного нагрева воды, и может найти применение преимущественно в сельском хозяйстве. Известен электродный проточный водонагреватель, состоящий из корп са и электродов, выполненных в виде концентричных цилиндрических металлических пластин. Нагрев осуществляется при протекании тока через слой воды между электродами lj , .Недостатком этих электроводонагревателей является отсутствие возможности поддержания заданной температуры воды при изменении ее расхода, так как конструкция элект роводонагревателя не имеет устройства, обеспечивающего постоянства температуры воды при изменении ее расхода. Наиболее близким к изобретению является электродный нагреватель текучих сред, содержащий снабженны патрубками ввода и вывода среды корпус, в котором установлены пакет вертикальных неподвижных разделенных зазорами пластинчатых электродов и введенный в указанны зазоры пакет равновеликих электродам изоляционных пластин, соединен ных со штоком вертикального переме щения 2 . Однако известный электронагрева тель также не обеспечивает автоматическое регулирование мощности с целью поддержания заданной темпера туры воды при изменении ее расхода так как отсутствует устройство, обеспечивающее перемещения электро дов в зависимости от изменения рас хода воды. Цель изобретения - автоматическое поддержание заданной температуры среды при изменении ее расхода. Для достижения указанной цели в электродном нагревателе текучих сред, содержащем снабженный патруб ми ввода и вывода среды корпус, в котором установлены пакеты вертикальных неподвижных разделенных за эорами-пластинчатых электродов и введенный в указанные зазоры пакет равновеликих электродам изоляционных пластин, соединенных со штоком вертикального перемещения, патру63Iбок ввода расположен по одной оси со штоксм, а пакет изоляционных пластин снабжен соединенным со штоком клапаном, выполненным в виде тарелки и полого, установленного подвижно в патрубке ввода стержня, в стенке которого выполнены диаметрально противоположные прямоугольные отверстия, высота которых равна высоте электродов, а ширина выбрана в соответствии с формулой (V Q-J-C, 0 -- см, h-AfrvT где d - внутренний диаметр полого цилиндрического стержня, Щ высота электродов, м, масса пакета диэлектрических пластин, погруженных в воду, кг; Q - наибольший расход воды, с 3,15 потоянный коэффициент. На фиг. 1 показан электродный нагреватель текучих сред (нижнее предельное положение тарельчатого клапана), продольный разрез; на ||иг. 2 - то же, верхнее предельное положение клапана; на фиг. 3 - тарельчатый клапан, продольный раз-, рез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3. Электродный нагреватель содержит пластинчатые электроды 1 и диэлектрические пластины 2, которые собраны в виде многопластинчатых пакетов. С помощью штока 3 диэлектрические пластины соединены с клапаном 4. Он состоит из тарелки 5, выполненной из электроизоляционного материала, и полого цилиндрического стержня 6, который размещен во входном патрубке 7 и имеет возможность перемещаться в нем. В стенке цилиндрического стержня 6 с диаметрально противоположных сторон сдеаны прямоугольные отверстия 8, по высоте равные высоте электродов, а ширина их 5 определяется выражением , h -лГп где d внутренний диаметр полого цилиндрического стержня, м; высота электродов, м; масса пакета диэлектрических пластин, погруженных в воду, кг; Q - наиболыш й расход воды, 12 2 С 3,15 СКГ /м - постоянный коэффициент. Диэлектрические пластины связаны с тарельчатым клапаном, размещенным подвижно во входном патрубке и имею щим полый стержень с прямоугольными отверстиями в стенке. При некотором расходе Q вода из входного патрубка проходит через указанные отверстия и да1намический напор F поднимает пластины вверх. Они занимают такое положение, когда F, уравновешивается силой Fg, направленной вниз (масса подвижной части) Покажемж что в любом положении подвижных пластин сохраняется неизменная температура нагретой воды Известно, что р би -гтг + 6к„ (О где , мощность, потребляемая водонагревателем;С, Qi - теплоемкость и расход водыQX температура холодной воды (на входе в водонагреватель) . В свою очередь для нагревателей с плоскопараллельными электродами потребляемая мощность зависит от высоты электродов Ь , не закрытых диэлектрическими пластинами P,Ah;, где А - постоянная нагревателя, зависящая от напряжения сети ширины электродов и расстоя ния между ними. На тарельчатый клапан действует динамический напор e-v 7 J где - коэффициент местного сопротивления;V| - скорость истечения воды из прямоугольного отверстия ширинойS и высотойh Из гидравлики известно « Запишем уравнение равновесия Р,2, (5 (3 63 f t I гдец - поднимающие усилия, действующие на подвижную часть; масса подвижной часта, погруженной в воду; диаметр стержня клапана. Подставляя (4) в (3), а затем в (5),находим уравнение высоты подъема подвижных пластин при -м расходе Подставив (6) в (2), а затем в (1), находим С6 Y т-4 Из уравнения (7) видно, что температура нагретой воды не зависит от расхода, что и требовалось доказать. Все входяпще в уравнение (7) величины - постоянные конструктивные параметры.л Так как геометрические размеры .электродов выбираются по максимальному расходу и заданной температуре нагретой воды, то наибольшая высота электродов и, следовательно, прямоугольного отверстия - известные величины. Тогда из уравнения (6) находим выражение для ширины отверстия о , которое приводится в формуле изобретения. Устройство работае:т следующим образом. Температура воды на выходе из электроводонагревателя зависит от расхода потребляемой воды. Для поддержания заданного ее значения мощность электроводонагревателя регулируется при помощи тарельчатого клапана 4. Нижнее его предельное положение (фиг. 1) характеризуется отсутствием расхода потребляемой воды. При этом электроды 1 полностью перекры- . ваются диэлектрическими шIacтинa 0I 2 и мощность электроводонагревателя равна нулю. Верхнее предельное положение тарельчатого клапана 4 (фиг. 2) характеризуется расходом, рассчитан- ным на максимальное потребление воды. В этом случае диэлектрические пластины 2 перемещаются вверх на высоту, равную высоте прямоугольных отверстий 8 в стенке цилиндрического Стержня. В этом положении электроды полностью открыты (не перекрываются диэлектрическими пластинами), в результате чего в электронагревате ле вьщеляется наибольшая мощность. При любом другом расходе воды, меньшем максимального, разность давлений в полом цилиндрическом стержне 6 и в электроводонагревателе создает силу, которая поднимает тарельчатый клапан 4 вверх, а следовательно, и диэлектрические пластины 2 в промежуточное положение. В этом случае электроды 1 перекрываются диэлектрическими пластинами Ъ частично и в электродном нагревателе выделяется мощность, необходимая для поддержания заданной температуры воды при этом частичном расходе. Таким образом, благодаря такой зависимости мощности нагревателя от положения тарельчатого клапана 4 (диэлектрических пластин 2), температура воды на .выходе из электроводонагревателя остается практически постоянной и не зависит от изменения ее расхода. Использование изобретения в ; электродном нагревателе воды, например, мощностью до 10.кВт и с изменением расхода воды от 10 до 500 л/ч позволит снизить стоимость, установки и расход электроэнергии на 15-20% за счет исключения из схемы измерительных, усилительных и исполнительных органов традиционных средств автоматизации, а также за счет плавного и непрерывного регулирования потребляемой мощности.

Фиг.

Фиг.2