электродный нагреватель

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой жидкости и размещенную в нем нагревательную камеру, образованную двумя установленными друг по отношению к другу с зазором коаксиальными полыми цилиндрическими электродами и герметизирующим зазор изолятором, отличающийся тем, что герметизирующий изолятор установлен в обоих концах зазора, а полость внутреннего электрода выполнена проточной, в его стенке на участке между изоляторами выполнены сквозные отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим нагревателям жидкости и может быть использовано в системах теплоснабжения.

В настоящее время известны электродные нагреватели, у которых электроды размещены непосредственно в проточной нагреваемой жидкости. Например, известен электродный нагреватель, в вертикальный корпус которого установлены по концентрическим окружностям изогнутые по дуге электроды, выполненные в виде тора [1]

Однако такой нагреватель создает недостаточно интенсивную циркуляцию жидкости в системе: только естественную циркуляцию, возникающую вследствие различия плотностей холодной и нагретой жидкости.

Более интенсивную (принудительную) циркуляцию жидкости в системе теплоснабжения создает электродный нагреватель, содержащий проточный корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой жидкости, подпружиненные клапаны в патрубках и размещенную в корпусе нагревательную камеру. Последняя образована двумя установленными друг к другу с зазором коаксиальными полыми цилиндрическими электродами и изолятором, герметизирующим межэлектродный зазор с одного конца. При этом наружный электрод выполнен в виде стакана с подвижным (посредством сильфона) основанием и развитой (оребренной) наружной теплообменной поверхностью, а внутренний электрод в виде стакана, опрокинутого по отношению к наружному электроду. Нагревательная камера заполнена промежуточным электропроводным теплоносителем, изолированным от нагреваемой жидкости [2]

При включении электродов в электрическую сеть промежуточный теплоноситель нагревается за счет тепловыделения при прохождении электрического тока через него в межэлектродном зазоре, а от промежуточного теплоносителя тепловой поток через оребренную стенку наружного электрода и сильфон с основанием передается жидкости, заполняющей корпус. Когда количество теплоты, подводимое к теплоносителю, превысит количество теплоты, отбираемое жидкостью в корпусе, температура теплоносителя повышается, при этом образуется пар и создается давление, которое растягивает сильфон, перемещая основание наружного электрода. В результате этого уровень теплоносителя в межэлектродном зазоре понижается, уменьшая площадь электрического взаимодействия электродов, а перемещение основания создает давление жидкости в корпусе. При определенной величине давления жидкости в корпусе сжимается пружина клапана на патрубке отвода жидкости и порция нагретой жидкости выталкивается в систему теплоснабжения. Оставшаяся в корпусе жидкость приводит к конденсации пара теплоносителя в нагревательной камере, давление которого снижается. Сильфон сжимается, создавая в корпусе разрежение, под действием которого открывается клапан на подводящем патрубке и в корпус поступает охлажденная в системе жидкость, которая ускоряет конденсацию теплоносителя. В результате сильфон сжимается до исходного состояния, погружая электроды в теплоноситель. Далее цикл повторяется.

Однако описанная схема теплопередачи к нагреваемой жидкости, заполняющей корпус, недостаточно эффективна из-за наличия стенки на пути теплового потока от одной жидкости к другой. Кроме того, организация развитой теплообменной поверхности наружного электрода и необходимость обеспечения подвижности его основания усложняют конструкцию и не способствуют компактности нагревателя.

Задача изобретения интенсификация теплообмена с нагреваемой проточной жидкостью в корпусе и в системе теплоснабжения при одновременном упрощении, повышении надежности и компактности конструкции.

Это достигается тем, что в электродном нагревателе, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой жидкости и размещенную в нем нагревательную камеру, образованную двумя установленными друг к другу с зазором коаксиальными полыми цилиндрическими электродами и герметизирующим зазор изолятором, герметизирующий изолятор установлен в обоих концах зазора, а полость внутреннего электрода выполнена проточной и в его стенке на длине между изоляторами выполнены сквозные отверстия.

Установка герметизирующих изоляторов в обоих концах зазора в сочетании с проточной полостью внутреннего электрода и ограниченным (через отверстия) проходом из нее жидкости в межэлектродный зазор создает условия для пульсирующего выталкивания нагретой в зазоре среды в проточную жидкость и для наиболее эффективного теплообмена непосредственным смешением двух потоков жидкости.

Изобретение позволяет

дополнить теплопередачу через стенки электродов к жидкости в корпусе теплообменом при непосредственном смешении разнотемпературных потоков жидкости, что интенсифицирует теплообмен при сохранении (за счет пульсирующего движения) принудительной циркуляции жидкости в системе теплоснабжения;

упростить конструкцию и повысить надежность нагревателя благодаря исключению развитой теплообменной поверхности и специальных элементов конструкции (сильфона, клапанов) для создания гидравлического напора;

повысить надежность нагревателя исключением подвижных элементов конструкции и герметичного барьера между теплообменивающимися жидкостями.

На чертеже показан электродный нагреватель, продольный разрез.

Электродный нагреватель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубками 2 и 3 для подвода и отвода нагреваемой электропроводной жидкости, например очищенной воды. Внутри его полости 4 размещена нагревательная камера 5, образованная двумя коаксиальными полыми цилиндрическими электродами наружным электродом 6 и внутренним электродом 7, установленными друг к другу с зазором 8, и герметизирующими зазор с обоих концов изоляторами 9 и 10, выполненными в виде плотно прилегающего к электродам кольца. Полость 11 внутреннего электрода выполнена проточной, сообщаясь торцами с полостью корпуса, а в стенке внутреннего электрода на длине между изоляторами выполнены сквозные отверстия 12. Отверстия 12 располагаются тем или иным образом, например в два поперечных ряда с выходом из каждого ряда в соответствующий концевой участок межэлектродного зазора. С электродами жестко соединены токоподводы 13 и 14, пропущенные через крышку 15 из электроизоляционного материала, закрывающую корпус нагревателя.

Перед началом работы электродный нагреватель патрубками 2 и 3 присоединен к соответствующим ветвям той или иной системы теплоснабжения и заполнен водой.

Электродный нагреватель работает следующим образом.

Пpи включении пропущенных через крышку 15 токоподводов 13 и 14 в электрическую сеть переменного тока в зазоре 8 между электродами 6 и 7 создается электрическое поле, вызывающее в нем тепловыделение в соответствии с известным соотношением

Q U₂/R, где Q величина тепловыделения, Вт;

U подводимое напряжение, В;

R электрическое сопротивление межэлектродного зазора, Ом.

В результате вода в зазоре 8 нагревается. Часть теплоты из нее передается через стенки электродов 6 и 7, а остальная теплота идет на образование в зазоре 8 пара, давлением которого среда через отверстия 12 между электродами 9 и 10 выталкивается в полость11 внутреннего электрода. Обладая высоким скоростным напором, выталкиваемая среда захватывает воду полости 11, унося ее вверх и далее по патрубку 3 в систему теплоснабжения. Обладая и более высоким температурным потенциалом, выталкиваемая среда одновременно передает окружающей воде теплоту наиболее эффективным способом смешением.

По мере нагрева воды в зазоре 8 средняя по объему плотность ее уменьшается, достигая минимума после выталкивания порции среды в полость 11. Это увеличивает электрическое сопротивление зазора 8, что при постоянном напряжении тока приводит к уменьшению тепловыделения. При этом под влиянием окружающей электроды охлажденной воды, поступающей через патрубок 2, оставшийся пар в зазоре 8 конденсируется, создавая разрежение, которое через отверстия 12 затягивает воду в зазор из полости 11 внутреннего электрода. После этого вышеописанный процесс в нагревательной камере 5 повторяется.

Предлагаемый электродный нагреватель дополнительно к теплообмену с проточной водой через поверхности электродов обеспечивает теплообмен при непосредственном смешении двух разнотемпературных жидкостей и при пульсирующем выталкивании нагретой жидкости из нагревательной камеры. В результате обеспечиваются интенсификация теплообмена при принудительной циркуляции жидкости в системе теплоснабжения, а также упрощение конструкции, повышение надежности и компактности нагревателя.

Работоспособность предлагаемого нагревателя подтверждена на модели мощностью 1 кВт, в том числе в составе системы обогрева жилого помещения.