Способ и устройство получения тепловой энергии из электрической
Владельцы патента RU 2557141:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО АГАУ) (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение в системах теплонагрева и отопления. Способ заключается в подаче холодной жидкости в корпус электродной нагревательной установки и ее нагреву. Нагрев жидкости ведут путем создания и поддержания горения низкотемпературной плазмы. Горение плазмы производят в замкнутом непроточном объеме жидкости промежуточного теплообменника, а нагрев жидкости ведут за счет омывания стенок теплообменника при пропускании ее через внутреннюю циркуляционную систему. Устройство для преобразования электрической энергии в тепловую, выполненное в виде электродной нагревательной установки, содержащей корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, электродную систему. Устройство содержит замкнутый теплообменник с жидкостью, размещенный внутри корпуса и образующий своими стенками и стенками корпуса внутреннюю циркуляционную систему. Электродная система размещена в жидкости замкнутого теплообменника и включает отдельный изолированный электрод и стенки корпуса. Внутренняя циркуляционная система выполнена в виде размещенных в корпусе двух замкнутых полостей, соединенных друг с другом посредством диффузора. Изобретение позволяет улучшить технические показатели электродных установок прямого нагрева. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к прямому преобразованию электрической энергии в тепловую, и может найти применение в системах теплонагрева и отопления.
Известен способ получения тепловой энергии из электрической (являющийся прототипом), заключающийся в подаче холодной жидкости в корпус электродной нагревательной установки, ее нагреву и отводу потребителю путем создания и поддержания горения низкотемпературной плазмы, обеспечивающей заданную температуру жидкости (RU 2355953, 20.05.2009).
Недостатком данного способа является необходимость подготовки электросопротивления рабочей воды при эксплуатации установок, а также изменение структуры воды и ее ионизация.
Известно устройство для получения тепловой энергии из электрической, содержащей корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, электродную систему (RU №2189541, 20.09.2002).
Устройство осуществляет нагрев воды и содержит полый корпус с патрубками подвода и отвода жидкости, соответственно присоединяемые к циркуляционной системе. Корпус выполняет функцию нулевого электрода. Внутри корпуса, соосно ему, установлен фазный электрод. Между корпусом и фазным электродом установлен промежуточный электрод, разделенный посредством теплоизоляторов на отдельные секции.
К недостаткам известного изобретения относятся сложная конструкция промежуточного электрода, представляющего собой по сути позистор с несколькими слоями, включающими в свой состав титанат бария и химически осажденный никель, и соответственно усложненная схема регулирования температуры нагрева жидкости.
Известно из патента PB №2151967, F24H, 1/20, 2000, изобретение, относящееся к области энергетики, которое может быть использовано в системах отопления зданий. Согласно изобретению жидкость нагревают в корпусе электродного нагревателя, между соосно установленными в корпусе фазным и нулевым электродами, в зазоре между которыми находится электроизоляционный материал, выполненный в виде пружины, один конец которой закреплен неподвижно, а второй снабжен приводом. Такое выполнение позволяет регулировать мощность нагревателя путем сжатия и растяжения пружины.
К недостаткам известного изобретения относятся ограниченные возможности по регулированию мощности установки, обусловленные небольшой разницей между максимальной и минимальной величиной межвиткового пространства используемой пружины. Кроме того, наличие специального привода для растяжения пружины усложняет конструкцию нагревателя.
Известно устройство для преобразования электрической энергии в тепловую, выполненное в виде электродной нагревательной установки, содержащей корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, электродную систему (RU №2355953, 20.05.2009), - изобретение, предназначенное для прямого преобразования электрической энергии в тепловую.
Данное изобретение принято в качестве ближайшего аналога.
В этом изобретении нагрев жидкости осуществляется подачей напряжения на изолированные фазные электроды, установленные в корпусе, подключенном к нейтрали в виде отдельных групп нескольких электродов, равномерно расположенных по объему, и подключаемые по группам в зависимости от электрической проводимости воды и задаваемой температуры.
Рассмотренные изобретения и аналог имеют ряд недостатков, присущих электродным нагревателям прямого нагрева, в том числе:
- скачкообразное изменение температуры воды при изменении ее расхода;
- необходимость подготовки электросопротивления рабочей воды при эксплуатации установок;
- резкое изменение потребления электроэнергии при изменении температур воды.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка экономичного способа преобразования электрической энергии в тепловую, а также простой по конструкции и габаритам установки, позволяющей автоматически осуществлять регулировку мощности и температуры нагрева жидкости в широком диапазоне нагрузок и видов жидкости без изменения структуры жидкости, то есть с существенным улучшением технических показателей электродных установок прямого нагрева.
В этом же заключается и технический результат, для достижения которого предназначено данное изобретение. Достижение указанного результата обеспечивается следующим образом.
Предложен способ получения тепловой энергии из электрической, заключающийся в подаче холодной жидкости в корпус электродной нагревательной установки, ее нагреву и отводу потребителю путем создания и поддержания горения низкотемпературной плазмы, обеспечивающей заданную температуру жидкости, отличающийся тем, что горение плазмы производят в замкнутом непроточном объеме жидкости промежуточного теплообменника, а нагрев жидкости ведут за счет омывания стенок теплообменника при пропускании ее через внутреннюю циркуляционную систему, при этом температуру жидкости в теплообменнике регулируют путем изменения тока преобразователем с широтно-импульсной модуляцией.
Предложено устройство для преобразования электрической энергии в тепловую, выполненное в виде электродной нагревательной установки, содержащей корпус снабженный подводящим и отводящим патрубками, электродную систему, которое дополнительно содержит замкнутый теплообменник с жидкостью, размещенный внутри корпуса и образующий своими стенками и стенками корпуса внутреннюю циркуляционную систему, при этом электродная система размещена в жидкости замкнутого теплообменника. Электродная система включает отдельный изолированный электрод и стенки корпуса. Внутренняя циркуляционная система выполнена в виде размещенных в корпусе двух замкнутых полостей, соединенных друг с другом посредством диффузора.
Принципиальная схема разработанной электродной нагревательной установки для реализации способа преобразования электрической энергии в тепловую представлена на фигуре 1.
Согласно изобретению установка содержит корпус 1, имеющий предпочтительно цилиндрическую форму, патрубки подвода 2 и отвода 3 жидкости, сообщающиеся с внешней циркуляционной системой. В корпусе размещены электродный теплообменник 4, включающий электрод 5 с изоляторами 6, и металлические стенки 7, 8 с днищами 9, 10, герметично соединенные с крышкой 11.
Внутренняя циркуляционная система содержит объем предварительного I и окончательного II нагрева, соединенных диффузором 12, по которым циркулирует жидкость из внешней системы предварительного омывания стенки 7 и 8 корпуса электродного теплообменика. Температура жидкости теплообменника измеряется датчиком температуры 13, подключенным к преобразователю 14 тока с широтно-импульсной модуляцией, соединяющим электрод с фазным проводом сети, нулевой провод сети подключен к заземленному корпусу устройства. Корпус может быть сделан из любого металла. Подвод внешней жидкости производят через трубчатый разделитель 15, содержащий входной патрубок 2 и питающие микроотверстия 16.
Электродная нагревательная установка, реализуя заявленный способ преобразования электрической энергии в тепловую, работает следующим образом.
В корпус электродного теплообменника заливается жидкость с заданной электропроводимостью, и его электроды подключаются к источнику питания, а через патрубки 2,3 подается жидкость из внешней циркуляционной системы. В зависимости от рабочей температуры внешней жидкости устанавливается режим работы установки, позволяющий получить необходимую температуру нагрева, например в пределах от 60 до 90°C, путем автоматического изменения среднего тока от преобразователя с широтно-импульсной модуляцией.
Таким образом жидкость внешнего контура нагревается без электродного воздействия, что позволяет использовать электронагревательную установку не только для нагрева воды, но и различных жидкостей.
1. Способ получения тепловой энергии из электрической, заключающийся в подаче холодной жидкости в корпус электродной нагревательной установки, ее нагреву и отводу потребителю путем создания и поддержания горения низкотемпературной плазмы, обеспечивающей заданную температуру жидкости, отличающийся тем, что горение плазмы производят в замкнутом непроточном объеме жидкости промежуточного теплообменника, а нагрев жидкости ведут за счет омывания стенок теплообменника при пропускании ее через внутреннюю циркуляционную систему, при этом температуру жидкости в теплообменнике регулируют путем изменения тока преобразователем с широтно-импульсной модуляцией.
2. Устройство для преобразования электрической энергии в тепловую, выполненное в виде электродной нагревательной установки, содержащее корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, электродную систему, отличающееся тем, что дополнительно содержит замкнутый теплообменник с жидкостью, размещенный внутри корпуса и образующий своими стенками и стенками корпуса внутреннюю циркуляционную систему, при этом электродная система размещена в жидкости замкнутого теплообменника.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что электродная система включает отдельный изолированный электрод и стенки корпуса.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренняя циркуляционная система выполнена в виде размещенных в корпусе двух замкнутых полостей, соединенных друг с другом посредством диффузора.
