Электроводонагреватель

 

Использование: нагреватели текучей среды. Сущность изобретения: электроводонагреватель содержит два коаксиальных электрода, установленных на некотором расстоянии друг от друга и погруженных в нагреваемую среду, причем наружный электрод выполнен в виде цилиндрической спирали, установленной равноудаленно вокруг центрального электрода на заданном расстоянии, обеспечивающем определенную мощность в зависимости от соотношения межэлектродного зазора и активной поверхности спирального электрода. Межэлектродный зазор можно регулировать положением центрального электрода. 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к теплотехнике, а более конкретно к нагревателям текучей среды и может быть применено для нагрева негорючих жидких сред в различном техническом применении, например как элемент отопительной системы.

Известен электродный нагреватель, содержащий пакет плоских пластин-электродов, связанных между собой пофазно так, что зазор между ними можно было регулировать с помощью скользящих опор.

Известен электродный нагреватель, содержащий корпус с электродами и соосно размещенной цилиндрической обечайкой, имеющие вертикальные ряды отверстий, между которыми пластинчатые электроды размещены радиально.

Недостатком известных устройств является сложность механизма перемещения пластин и ослабленная конвекция среды в межэлектродных промежутках из-за конструктивной особенности пластин.

Наиболее близким по совокупности признаков является электродный нагреватель, содержащий заполненный нагреваемой жидкостью корпус с погруженными в него фазным и нулевым электродами, выполненными в виде полых перфорированных цилиндров, установленных соосно с постоянным межэлектродным зазором. Недостатком этого устройства является затрудненность конвективного теплообмена из-за высокого сопротивления прохождению нагреваемой среды через отверстия в межэлектродное пространство.

Задачей изобретения является создание эффективного водонагревателя (ЭВН) с повышенной интенсивностью конвективного теплообмена и с пониженным расходом электроэнергии.

Предлагаемое изобретение характеризуется следующей совокупностью признаков: согласно известному, ЭВН включает два коаксиальных электрода, установленных на некотором расстоянии друг от друга и погруженных в нагреваемую среду и, согласно предлагаемому, внешний электрод выполнен в виде цилиндрической спирали, установленной равноудаленно вокруг центрального электрода так, что мощность ЭВН определяется по формуле P V²/R·S_сэ/d_э², а боковая поверхность центрального электрода может быть выполнена наборной из подвижных пластин, соединенных шарнирно с токовводом и перемещающихся радиально при повороте последнего в радиальных пазах, выполненных в электроизоляторной шайбе с изменением межэлектродного зазора.

На фиг.1 представлен электроводонагреватель, продольный разрез; на фиг.2 продольный разрез электроводонагревателя с изменяющимся межэлектродным зазором.

Электроводонагреватель (ЭВН) состоит из двух токовводов 1 и 2, установленных в электроизоляторном фланце 3, закрепленных жестко изолирующим дистанционатором 4, один из которых соединен с центральным электродом 5, а второй с наружным спиральным электродом 6; оба электрода крепятся коаксиально на электроизоляторной шайбе 7, имеющей сквозные отверстия 8 для циркуляции нагреваемой среды, кольцевой паз 9 для крепления спирального электрода 5 и радиальные пазы 10. Для изменения межэлектродного расстояния d_э центральный электрод 5 выполняется продольносекционным так, что каждая пластина 11 представляет собой часть цилиндрической боковой поверхности, закрепленной на шарнирах 12, которые соединяют токоввод 1 с пластинами 11, смонтированными на осях 13, торцы которых установлены в пазах 10.

Устройство работает следующим образом. ЭВН своими электродами погружается в нагреваемую среду, например, в воду, залитую в некоторый технологический объем различного назначения. На токовводы 1 и 2 подают напряжение V; в результате непосредственно через нагреваемую среду, имеющую сопротивление R, потечет ток между электродами 5 и 6 или 11 и 6 с выделением тепла непосредственно в нагреваемой среде, которая начинает циркулировать. При этом более холодные объемы среды в межэлектродный объем будут поступать через межвитковые зазоры электрода 6 и частично через отверстия 8 в шайбе 7. Интенсивность нагрева определяется спиральной формой электрода 6, что позволяет обеспечить не только эффективную циркуляцию нагреваемой среды, а также развитый нагрев среды в межэлектродном зазоре d_э согласно зависимости мощности ЭВН P V²/R·S_сэ,/d_э², Вт от соотношения активной поверхности S_сэ спирального электрода 6 и величины межэлектродного зазора d_э. Случай стационарного соотношения S_сэ/d_э² const представлен на фиг.1; для переменного соотношения S_сэ/d_э² var при d_э var и S_сэ const, представленного на фиг.2; интенсивность нагрева при постоянстве приложенного напряжения V и сопротивления среды R в этом варианте регулируется путем изменения d_э. Для этого вокруг своей оси поворачивают центральный токоввод 1, установленный в отверстиях во фланце 3 и шайбе 7; при повороте токоввода 1 его вращательное движение переходит в поступательное перемещение пластин 11, формирующих центральный электрод 5; пластины 11; соединены осями 13 и шарнирами 12 с токоподводами 1. При этом торцы осей 13 перемещаются по радиальным пазам 10, выполненным в шайбе 7. В результате такого изменения d_э меняется значение величины S_сэ/d_э²: при уменьшении d_э с приближением пластин 11 к спиральному электроду 6 эта величина растет в квадратичной зависимости от значения d_э и наоборот.

Таким образом, в данной конструкции по сравнению с прототипом обеспечивается высокая интенсивность нагрева, возможность ее регулирования и более высокая степень циркуляции нагреваемой среды.

Изготовлен электроводонагреватель (ЭВН), смонтированный в трубе внутренним диаметром 100 мм и высотой 600 мм; труба с двумя патрубками, один из которых изготовлен под нижней частью ЭВН, а другой над ЭВН, соединена с отопительной батареей общей мощностью по теплоотдаче 1 кВт.

Размеры ЭВН следующие, мм: Внутренний диаметр спирального электрода D_сэ 40 Высота спирального электрода h_сэ 120 Диаметр прутка, из которого изготовлен спиральный электрод d_с 6 Высота центрального электрода h_цэ 110 Внешний диаметр центрального электрода D_цэ^min 20 D_цэ^max 26 Максимальный межэлектродный зазор d_э^max 10
Минимальный межэлектродный зазор d_э^min 7
Результаты экспериментальной проверки предлагаемого устройства, представленные в таблице, показывают, что его использование повышает эффективность ЭВН как за счет снижения затрат электроэнергии с 500 до 450 Вт в равных условиях, т.е. на 10% так и в результате интенсификации нагрева воды на 40% обусловленной предлагаемой конструкцией ЭВН.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий установленные с зазором коаксиально два электрода, соединенных с токовводами и погруженных в нагреваемую среду, отличающийся тем, что внешний электрод выполнен в виде проволочной спирали, витки которой равноудалены от центрального электрода, при этом мощность электроводонагревателя определяется формулой
P=(U²/R)·(S_с.э/d²_э),
где U приложенное напряжение, В;
R сопротивление нагреваемой среды, Ом;
d_э межэлектродный промежуток, м;
S_с.э активная поверхность спирального электрода, м, определяемая из формулы
S_с.э=(0,3-0,8)nπD_с.эd_с,
где d_с диаметр проволоки спирального электрода, м;
D_с.э внутренний диаметр спирали, м.

2. Электроводонагреватель по п.1, отличающийся тем, что токоввод установлен в пазах изоляторной шайбы с возможностью перемещения, а боковая поверхность центрального электрода выполнена наборной из пластин, соединенных шарнирно с токовводом с возможностью радиального перемещения при повороте последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3