Патент на изобретение №2315245

(54) ЭЛЕКТРОДНЫЙ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к средствам подогрева теплоносителя с применением электродов, и может найти применение в различных системах отопления и подогрева технологических жидкостей. Водоподогреватель содержит герметичный корпус, фазный электрод, размещенный в трубном электроде, патрубки подвода и отвода теплоносителя, при этом проходные сечения патрубков подвода и отвода теплоносителя водоподогревателя выполнены с соотношением от 1,0 до 0,3, а отверстия в рабочей зоне трубного электрода выполнены с увеличивающимися по высоте электрода диаметрами, причем в качестве патрубка отвода теплоносителя, выдерживающего соотношение сечений патрубков подвода и отвода от 1,0 до 0,3. При таком выполнении водоподогревателя повышается его эффективность и надежность за счет увеличения срока службы электродов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к средствам подогрева теплоносителя с применением электродов, и может найти применение в различных системах отопления и подогрева технологических жидкостей.

Известен электродный подогреватель, см. свидетельство на полезную модель №3074 «Электродный водоподогреватель», М. кл. F24Н 1/20, содержащий герметичный корпус, фазный электрод, размещенный в среде теплоносителя, патрубки подвода и отвода теплоносителя.

К недостаткам известного водоподогревателя можно отнести неравномерный износ фазного электрода в зоне отвода теплоносителя. Это объясняется локальным перегревом теплоносителя, приводящим к быстрому износу электродов в этой зоне, что снижает эффективность работы известного водоподогревателя.

Известно более совершенное устройство, см. свидетельство на полезную модель №8784 «Электродное нагревательное устройство», М. кл. F24Н 1/20, в котором выполнен для теплоносителя дополнительный обводной канал, а корпус снабжен ребрами жесткости.

Указанное устройство имеет сложную и малоэффективную конструкцию. Известен электродный водоподогреватель – прототип, см. свидетельство на полезную модель №14645 от 08.02.2000, М. кл. 7 F24Н 1/20, содержащий герметичный корпус, фазовый электрод, размещенный в трубном электроде связанным с патрубком подвода и отвода теплоносителя, при этом трубный элемент выполнен проточным, его стенка снабжена сквозными отверстиями, соединяющими внутреннее пространство трубы с коллектором подвода теплоносителя, а оси отверстий трубы направлены нормально продольной оси электрода. Отверстия в стенке трубного электрода выполнены разного диаметра.

К недостаткам известной конструкции можно отнести быстрый износ фазного электрода и вследствие этого сниженная эффективность работы водоподогревателя.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение эффективности использования электрической энергии в электродном водоподогревателе и повышение надежности и срока службы.

Поставленная изобретением задача достигается в электродном водоподогревателе, содержащем герметичный корпус, фазный электрод, размещенный в трубном электроде, патрубки подвода и отвода теплоносителя тем, что проходные сечения патрубков подвода и отвода теплоносителя водоподогревателя выполнены с соотношением от 1,0 до 0,3, а отверстия в рабочей зоне трубного электрода выполнены с увеличивающимся суммарным их проходным сечением по высоте электрода.

В качестве патрубка отвода теплоносителя, выдерживающего соотношение сечений патрубков подвода и отвода теплоносителя от 1,0 до 0,3, на корпусе, перед патрубком отвода теплоносителя, смонтирована сменная диафрагма с различными по диаметру отверстиями.

Диаметр отверстий на трубном электроде в рабочей зоне электродов выполнен от 1,0 до 15 мм.

Отверстия в трубном электроде выполнены по высоте с увеличивающимся диаметром.

Отверстия в трубном электроде выполнены по высоте с увеличивающимся их количеством при неизменном диаметре.

Признаки выполнения проходных сечения патрубков подвода и отвода теплоносителя водоподогревателя с соотношением от 1,0 до 0,3, а отверстий в рабочей зоне трубного электрода с увеличивающимся суммарным их проходным сечением по высоте электрода – являются признаками существенными, неочевидными, промышленно выполнимыми и направленными на достижение поставленной изобретением задачи. Так, автором получен неожиданный положительный эффект, связанный с повышением стойкости электродов за счет постепенного увеличения площади проходного сечения отверстий по высоте трубного электрода, за счет выравнивания температуры теплоносителя. Выполнение патрубков подвода и отвода теплоносителя водоподогревателя с соотношением проходных сечений от 1,0 до 0,3 позволяет создавать в полости водоподогревателя подпор теплоносителя, «уплотнить» его и в более прогретом состоянии передать в отопительную магистраль.

Признаки того, что в качестве патрубка отвода теплоносителя, выдерживающего соотношение сечений патрубков подвода и отвода от 1,0 до 0,3, перед патрубком отвода теплоносителя смонтирована сменная диафрагма с различными по диаметру отверстиями, являются дополнительными альтернативными признаками, раскрывающими конкретное выполнение альтернативного конструктивного элемента, обеспечивающего подпор теплоносителя в корпусе водоподогревателя.

Выполнение диаметров отверстий на трубном электроде в рабочей зоне электродов от 1,0 до 15 мм, а также выполнение отверстий на трубном электроде по высоте с увеличивающимся диаметром, а равно и с увеличивающимся их количеством при неизменном диаметре позволяет, по мере нагрева теплоносителя, подавать к электродам большее количество теплоносителя с внешней стороны трубного электрода и с меньшей температурой, что оказывает влияние на выравнивание температуры теплоносителя и на износ фазного электрода, влияющего на эффективность, надежность и продолжительность работы водоподогревателя.

На чертеже схематично представлен предлагаемый водоподогреватель.

Водоподогреватель состоит из корпуса 1, выполненного преимущественно цилиндрическим с трубным электродом 2 и фазным электродом 3 с изолятором 4 и уплотнениями 5. Отверстия 6 на цилиндрической поверхности трубного электрода 2 выполнены по всей высоте рабочей зоны. Проходное их суммарное сечение увеличивается по высоте по мере прохождения теплоносителя к патрубку отвода. Такой же результат получается и при увеличении их количества при неизменном диаметре или при увеличении их диаметра от 1 до 15 мм. Проходное сечение и диаметры отверстий 6 по высоте выбираются в зависимости от мощности и производительности водоподогревателя. Нагрев теплоносителя происходит в рабочей зоне трубного и фазного электродов. Патрубок подвода 7 теплоносителя смонтирован на боковой цилиндрической поверхности корпуса 1 водоподогревателя, преимущественно в нижней части корпуса 1 водоподогревателя, напротив окон 8 трубного электрода 2 и связан с его полостью. Патрубок 9 отвода теплоносителя смонтирован в верхней части корпуса 1 и связан с полостью трубного электрода. Между патрубком 9 отвода теплоносителя и трубным электродом 2 может быть смонтирована сменная диафрагма 10, отверстия 11 в каждой сменной диафрагме 10 выполнены различными по диаметру. Фазный электрод 3 снабжен клеммой 12, корпус 1 снабжен клеммой 13 рабочего нуля. Верхняя граница изолятора 4, смонтированного между трубным электродом 2 и фазным электродом 3, выполнена на уровне первого нижнего отверстия 6.

Предлагаемый электродный водоподогреватель работает следующим образом.

Исходное положение. Корпус водоподогревателя соединен с рабочим нулем, а фазный электрод подсоединен к фазе питания.

При включении питания электрический ток начинает проходить через теплоноситель, расположенный в рабочей зоне между трубным 2 и фазным 3 электродами. При прохождении электрического тока между электродами происходит нагревание теплоносителя. Теплоноситель, по мере прохождения по высоте по кольцевому зазору, образованному электродами 2, и 3, постепенно нагревается до определенной температуры и как более легкий поднимается вверх и далее поступает в магистраль, а в рабочую зону электродов по патрубку 7 подвода теплоносителя через окна 8 трубного электрода 2 поступает предназначенный для подогрева и отдавший тепло теплоноситель. Так, если теплоноситель через патрубок 7 подвода теплоносителя поступает с температурой, например, в 45 градусов, то по мере подъема теплоносителя вверх, например, на 30-40 мм его температура поднимается на 4-12 градусов в зависимости от заданной конечной температуры теплоносителя. Далее при подъеме еще на 30-40 мм температура поднимается еще на 4-12 градусов и т.д. Для того чтобы не было перегрева теплоносителя и в связи с этим возникающей повышенной проводимостью, приводящей к быстрому износу фазного электрода, через отверстия 6 трубного электрода 2 по всей его высоте из полости корпуса 1 водоподогревателя поступает теплоноситель с меньшей температурой, чем теплоноситель, находящийся в полости цилиндрического зазора между трубным 2 и фазным 3 электродами. При этом по мере подъема подогретого теплоносителя в него через перфорационные отверстия 6 трубного 2 электрода (поскольку диаметр перфорационных отверстий по высоте трубного 2 электрода увеличивается или увеличивается суммарное их проходное сечение) добавляется возрастающее количество теплоносителя с более низкой температурой. Это приводит к выравниванию температуры теплоносителя в рабочей зоне и снижает износ электродов. Уплотнение 5 на изоляторе 4 обеспечивает герметичность водоподогревателя. Проходные сечения патрубков подвода 7 и отвода 9 теплоносителя водоподогревателя выполнены с соотношением от 1,0 до 0,3, что позволяет получить в полости водоподогревателя больший напор теплоносителя, который зависит от расположения приборов отопления в отопительной системе при естественной циркуляции теплоносителя. Управление напором теплоносителя можно осуществлять и при помощи смонтированной перед патрубком 9 отвода теплоносителя сменной диафрагмы 10, которая в зависимости от конструкции и расположения элементов отопительной системы, а также от величины создаваемого подъемом теплоносителя напора может быть заменена на другую диафрагму с меньшим или большим диаметром центрального отверстия 11.

Предлагаемый водоподогреватель по отношению к отопительным приборам одной системы размещают преимущественно ниже отопительных приборов, т.к. при этом возрастает циркуляционный напор теплоносителя. В системах с принудительной циркуляцией теплоносителя водоподогреватель может располагаться по отношению к отопительным приборам на любом уровне.

В настоящее время автором изготовлена опытная партия предлагаемых водоподогревателей. Несколько водоподогревателей было передано для проведения комплексных испытаний в производственных и жилых помещениях. Предварительные данные испытаний показали хорошие стабильные результаты.

Автором принято решение по организации производства предлагаемых водоподогревателей.

Формула изобретения

1. Электродный водоподогреватель, содержащий герметичный корпус, фазный электрод, размещенный в трубном электроде, патрубки подвода и отвода теплоносителя, отличающийся тем, что проходные сечения патрубков подвода и отвода теплоносителя водоподогревателя выполнены с соотношением от 1,0 до 0,3, а отверстия в рабочей зоне трубного электрода выполнены с увеличивающимися по высоте электрода диаметрами.

2. Водоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве патрубка отвода теплоносителя, выдерживающего соотношение сечений патрубков подвода и отвода от 1,0 до 0,3, на корпусе водоподогревателя смонтирована сменная диафрагма с различными по диаметру отверстиями.

3. Водоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий на трубном электроде в рабочей зоне электродов выполнен от 1,0 до 15 мм.

4. Водоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что отверстия в трубном электроде выполнены по высоте с увеличивающимся диаметром.

5. Водоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что отверстия в трубном электроде выполнены по высоте с увеличивающимся их количеством при неизменном диаметре.

РИСУНКИ