электродный нагреватель

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий корпус с нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной электродами и теплообменником, расположенным в ее газовом объеме, и сообщенной с компенсационной емкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности температуры на выходе нагревателя, он дополнительно содержит клапан, имеющий большее проходное сечение в прямом и меньшее проходное сечение в обратном направлениях, установленный в компенсационной камере меньшим проходным сечением в сторону нагревательной камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для нагревания протекающих газов и жидкостей высокого давления в системах термостатирования.

Известен электронагреватель жидкости, содержащий корпус с теплообменником и центральной герметичной камерой, сообщенной с компенсационной емкостью и снабженной фазовым электродом. Центральная герметичная камера заполнена промежуточным теплоносителем с образованием жидкостного и газового объемов и соединена с компенсационной емкостью патрубком с калиброванной шайбой.

Такой нагреватель имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. не может быть использован в электроэнергетических системах с изолированной нейтралью, например на судах.

Известен также нагреватель, который состоит из корпуса с электрически изолированной от него нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной электродами и теплообменником, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с герметичной компенсационной емкостью.

Такой нагреватель имеет низкую стабильность температуры на выходе из-за попадания воздуха из компенсационной емкости в нагревательную камеру в переходном режиме при резком увеличении расхода нагреваемой среды. Наличие воздуха в паровом объеме нагревательной камеры значительно снижает теплопередачу от пара к поверхности теплообменника даже при небольшом количестве воздуха или других неконденсирующихся газов. При содержании одного процента примесей теплопередача снижается примерно вдвое.

Следовательно, при попадании воздуха в нагревательную камеру для восстановления температуры на выходе нагревателя приходится каким-либо способом удалять этот воздух что вызывает сложности при эксплуатации.

Целью изобретения является повышение стабильности температуры на выходе нагревателя.

Указанная цель достигается тем, что в электродном нагревателе, содержащем корпус с электрически изолированной от него нагревательной камерой, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной электродами и теплообменником, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с компенсационной емкостью, в компенсационную емкость на пути движения промежуточного теплоносителя введен клапан, имеющий разное проходное сечение в прямом и обратном направлениях, установленный таким образом, чтобы при движении промежуточного теплоносителя из нагревательной камеры в компенсационную емкость проходное сечение клапана было больше, чем при движении промежуточного теплоносителя в обратном направлении.

Введение в компенсационную емкость на пути движения промежуточного теплоносителя клапана, имеющего разное проходное сечение в прямом и обратном направлениях, установленного таким образом, чтобы при движении промежуточного теплоносителя из нагревательной камеры в компенсационную емкость проходное сечение клапана было больше, чем при движении промежуточного теплоносителя в обратном направлении, позволяет замедлить поступление промежуточного теплоносителя из нагревательной камеры (при обеспечении свободного выхода теплоносителя из нагревательной камеры в компенсационную емкость) и предотвратить поступление воздуха из компенсационной емкости в нагревательную камеру, т.е. сохранить стабильность температуры на выходе нагревателя.

На чертеже изображен предложенный электродный нагреватель.

Нагреватель состоит из корпуса 1 с электрически изолированной от него нагревательной камерой 2, частично заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной электродами 3 и теплообменником 4, расположенным в ее газовом объеме, сообщенной с компенсационной емкостью 5. В компенсационной емкости 5 на пути движения промежуточного теплоносителя установлен клапан 6, имеющий разные проходные сечения в прямом и обратном направлениях, причем при движении промежуточного теплоносителя из нагревательной камеры 2 в компенсационную емкость 5 его проходное сечение больше, чем при движении теплоносителя в обратном направлении. Для вакуумирования полости нагревательной камеры предусмотрен патрубок с вентилем 7. Компенсационная емкость 5 сообщена с атмосферой через патрубок 8 с защитной сеткой.

Нагреватель работает следующим образом. Перед началом работы вентиль 7 должен быть открыт. При подаче напряжения протекающий между электродами 3 электрический ток выделяет тепло, повышается температура промежуточного теплоносителя и давление его пара в нагревательной камере 2. Под действием давления пара воздух выходит из нагревательной камеры 2 в атмосферу через вентиль 7. После удаления воздуха из нагревательной камеры 2 вентиль 7 нужно закрыть. Нагреватель готов к работе.

Пар, конденсируясь на поверхности теплообменника 4, отдает тепло нагреваемой среде, протекающей внутри теплообменника 4. Если количество тепла, выделяемое в зазоре между электродами 3, больше количества тепла, потребляемого нагреваемой средой, то в камере 2 повышается давление пара, который вытесняет часть теплоносителя в компенсационную емкость 5. При снижении уровня жидкости между электродами 3 уменьшается их рабочая поверхность и соответственно снижается потребляемая мощность. При определенном уровне теплоносителя наступает равновесие потребляемой и отдаваемой мощностей и нагреватель работает в режиме поддержания заданной температуры. Если прекратится расход нагреваемой среды, то вытеснение промежуточного теплоносителя будет происходить до тех пор, пока нагреватель полностью не выключится. Воздух из компенсационной емкости 5 при повышении в ней уровня жидкости выходит в атмосферу через патрубок 8 с защитной сеткой. Поскольку промежуточный теплоноситель проходит в компенсационную емкость 5 через клапан 6 в прямом направлении, то сопротивление клапана в этом случае невелико. Положение клапана 6 при движении теплоносителя в прямом направлении показано на чертеже пунктиром. Сопротивление клапана 6 при вытеснении через него промежуточного теплоносителя из нагревательной камеры 2 должно быть небольшим, т. к. в противном случае в нагревательной камере 2 будет создаваться повышенное давление пара из-за задержки выключения нагревателя. При включении расхода нагреваемой среды пар конденсируется на поверхности теплообменника 4 и в полости нагревательной камеры 2 образуется вакуум, при этом под действием атмосферного давления промежуточный теплоноситель начинает перетекать из компенсационной емкости 5 через клапан 6 в нагревательную камеру 2. Если бы не было клапана 6, то весь промежуточный теплоноситель из компенсационной емкости 5 перетек бы в нагревательную камеру 2 и туда попал бы воздух из атмосферы, т.к. для образования достаточного количества пара и создания противодействующего давления в нагревательной камере 2 требуется некоторое время. Но, поскольку сопротивление клапана 6 в этом случае достаточно большое, то промежуточный теплоноситель поступает в нагревательную камеру 2 не лавинообразно, а с определенной скоростью, при этом в нагревательной камере 2 создается противодействующее давление пара и перетекание промежуточного теплоносителя из компенсационной емкости 5 в нагревательную камеру 2 прекращается раньше, чем туда попадает воздух.

Практически всегда можно подобрать такое проходное сечение клапана 6 в обратном направлении в зависимости от мощности нагревателя и объема нагревательной камеры 2, чтобы создание противодействующего давления пара в нагревательной камере 2 происходило раньше, чем весь промежуточный теплоноситель перетечет в нее.

Использование изобретения позволит повысить стабильность температуры на выходе нагревателя и упростить эксплуатацию нагревателя за счет предотвращения попадания воздуха в нагревательную камеру.