Установка электродного нагрева жидкости

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

1 ЕСПУБЛИК

09) (И) з(5р Н 05 В 3/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

nO PE AM ИЗОВРЕТЕКИЙ V ОТКР1.1ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3480935/24-07 (22) 01.07.82 (46) 30.09.84. Бюл. N- 36 (72) В.И. Нарских, Г.Н. Степанчук, В.К. Рамонас, А.П. Рябинин и В.В. Давыдова (7.1) Центральный научно-исследовательский институт организации, механизации и технической помощи строительству (53) 621.365.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 428580, кл. Н 05 В 3/40, 1973.

2. Матко П.М. и др. Сб. Электро теплоснабжение. М., "Энергия", 1971, с.. 152-154. (54)(57) 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 через-, нереключающее устройство с источником переменного тока, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности нагрева и снижения металлоемкости нагревателя, зазор между цилиндрическими поверхностями соседних электродов выбран в пределах 0,1 4 6 — < 0,6, где Э сф — диаметры образующих зазор поверхностей, причем средний электрод и наружный подсоединены к рабочему нулю, а крайние электроды — к одной из фаз источника.

1116562

10 о«4i

< o,g

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим нагревание жидкостных сред, например воды, в условиях отсутствия централизованного тепло- 5 снабжения.

Известен электронагреватель жидкостных сред, содержащий электрические нагревательные элементы, собранные в блок нагрева на общем фланце, установленном на емкости, заполненной жидкостью С13.

Недостатки этого нагревателя— высокий расход потребляемой электро. энергии, малый срок службы и необходимость применения для его изготовления дорогостоящих токопроводя1цих материалов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является уста.20 новка электродного нагрева жидкости„ содержащая нагреватель, выполненный в виде цилиндрического. наружного электрода, в котором коаксиально и с зазорами относительно друт друга и его стенки расположены три цилиндрических электрода, снабженные выводами, соединенными через переключающее устройство с источником переменного тока L2$. 30

Недостатками известного нагревателя являются сложность конструкции, большая металлоемкость и небезопасность в эксплуатации из-за возможности появления на его корпусе опас- З5 ного напряжения прикосновения.

Цель изобретения — повышение эф" фективности нагрева и снижение металлоемкости нагревателя, Поставленная цель достигается тем.40 что в установке электродного нагрева жидкости, содержащей нагреватель, выполненный в виде цилиндрического наружного электрода, в котором коаксиально и с зазорами относительно 45 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 где 3„,, сФ, " диаметры образующих зазор поверхностей, причем средний электрод и наружный подсоединены к рабочему нулю, а крайние электроды — к одной из фаз источника.

На фиг. t 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 устроиством

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

3,4 < 5 — c(О,R . где D и о(„, — диаDw асуп метры смежных поверхностей цилиндров, 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 11 цилиндрической формы, по торцам которого образованы симметричные кольцевые ступени 12 и на них уста° новлены поджимные кольца 13 с прокладками 14 из эластичного термо1116562 стойкого материала. В изоляторе 11, кольцах 13 и прокладках 14 выполнены отверстия, через которые пропущены токопроводящие шпильки 15 с резьбой з на верхних концах, на которых уста- 5 новлены гайки 16, обеспечивающие обжатие прокладок 14 для создания герметичности силового ввода 7, а также служащие для фиксации клеим 17 с проводами !8. Нижние концы шпилек 10

15 жестко прикреплены к соответствующим цилиндрическим электродам 1, 2 и 3 для обеспечения соединения их с корпусом силового ввода 7.

Электронагреватель посредством 15 фланца 19, фиксирующего кольца 20, прокладки 21 и болтов 22 смонтирован на крышке емкости 23.

Переключающее устройство 8, служащее для оперативного регулирова- 20 ния мощности нагрева, с одной стороны соединено с фазой и рабочим нулем сети 380/220 В, а с другой стороны с помощью проводов 18 клеммами 11 соединено с верхними концами 25 токопроводящих шпилек 15 так, что внутренний 1 и наружный 3 цилиндрические электроды с помощью переклю-. чающего устройства одновременно или попеременно подключаются к фазе, . 30 а средний электрод 2 соединен с рабочим нулем.

Корпус емкости 23 соединен с защитным заземлением 24.

Электронагреватель работает следу-З ющим образом.

После установки нагревателя на крышке емкости 23 с жидкостью посредством переключающего устройства устанавливают требуемую ступень мощности.40

При подаче напряжения на электроды в кольцевых зазорах между ними возникают и концентрируются электромагнитные поля, вызывающие интенсивный нагрев жидкость в зазорах. Холодная жидкость. поступает 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- 55 мерно пересекая циркулирующую жидкость в кольцевом зазоре между электродами 3 и 2, переходит на наружнюю

I поверхность электрода 2 и далее — к рабочему нулю сети.

При подаче напряжения на электрод 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 в 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, 1усиливающих концентрацию тока на ! смежных цилиндрических поверхностях электродов, повышающие электрическое сопротивление, КПД и соя р электронагревателя и устройства в целом.

Вследствие эффекта близости и поверхностного эффекта, ток на на.ружной поверхнбсти 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 сложным 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

1116562 и оперативно с пульта управления, располагаемого на потребности на любом расстоянии от нагревателя. и в вксплуатации устройства, перемещанщегося непосредственно в нагревателе среды, а осуществляется просто

ФюаЬая жа7каслм

/Щ п сюи

1116562 м 8807

Редактор М.Бандура

Тираж 782 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6948/45

Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

dg

Составитель Н.Писаревская

Техред Т.Маточка Корректор М.Максимишинец