Котел електродний

Реферат: UA 103474 U UA 103474 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до пристроїв електродного нагріву рідини, і може бути застосована для отримання гарячої води для постачання житлових і господарських приміщень, окремих будівель у складі водяних систем опалювання відкритого та закритого типу. Враховуючи жорсткі кліматичні особливості в нашому регіоні та достатньо низький рівень якості центрального опалення, питання надійного, зручного та економного опалювального обладнання стоїть дуже гостро. Слід відзначити, що сучасний ринок опалювального обладнання широко представлений різноманітними пропозиціями, які задовольняють в тому, чи іншому ступені будь-якого споживача. Але, особливо в останні роки, широку популярність набули електродні опалювальні котли. Електродний котел - це агрегат прямої дії. Процес нагріву виникає внаслідок хаотичного руху іонів теплоносія від аноду до катоду з частотою 50 Гц, що і викликає швидке підвищення температури теплоносія. Відповідно, ефективність нагріву напряму залежить від властивостей теплоносія, а точніше як від кількості домішок в ньому, так і від їх якості. Процес нагріву води в котлі електродного типу здійснюється за допомогою протікання електричного току через носій, за рахунок опору якого і виникає нагрів. При цьому явище електролізу води, тобто розкладання на кисень та водень при пропусканні через неї постійного електричного струму не спостерігається, оскільки катод та анод електрода постійно міняються місцями у відповідності до частоти електричної мережі. Камера або котел, в якому відбувається процес нагріву характеризується невеликим розміром, а нагрів дуже швидкий та досягає температури 95 °C. Із зростанням температури теплоносія до 95 °C підвищується тиск, що викликає його циркуляцію з опалювального контуру. На вході та виході пристрою виникає значна різниця температур, в результаті чого нагрітий теплоносій піднімається по магістралі системи водяного опалення без використання циркуляційного насосу. Основними вимогами, що пред'являються до котлів вказаного типу, є: - нескладна конструкція і малий розмір, - достатньо високий КПД, - простота експлуатації, - можливість ефективного використання в системах гарячого водопостачання, - економія електроенергії. Всі відомі на сьогоднішній день пристрої подібного типу в тій чи іншій мірі відповідають вказаним вимогам, а нові пристрої, що створюються, у своїй основі містять комплексні вдосконалення конструктивних особливостей, направлені на максимальне задоволення споживчих вимог. Відомий електродний котел (патент US 2474637) призначений для нагріву проточної рідини і вбудований безпосередньо у трубопровід системи циркуляційного водяного опалення. Електродний котел містить циліндричний корпус з роз'ємними вхідним та вихідним патрубками та розмішеними в ньому нульовим та фазним електродами, виконаними у вигляді двох самостійних блоків, приєднаних до зовнішньої електричної мережі. Недоліками відомого пристрою є його обмеженість потужності через однофазне живлення, складності виготовлення та монтажу електродів. Відомий патент RU 2137029, який розроблений ЗАТ "Галан", передбачає часткове усунення вищенаведених недоліків шляхом використання трьохфазного електродного котла. Вказаний котел містить корпус із вхідним та вихідним патрубками, всередині якого встановлені електроди. Корпус виконаний у вигляді триосновного еліпсоїда, роз'ємного по діаметральній площині нормальної великої його вісі і усіченого по її кінцям двома нормальними їй еквідистантними діаметральній площині площинами з утворенням в перетинах двох тотожних еліпсів, в одному кінці яких виконані патрубки, що сполучаються з внутрішньою замкнутою порожниною корпуса, а в іншому кінці встановлені електроди. Тим не менш, вказаним рішенням не усунена проблема конструктивних і, відповідно, технічних ускладнень. Крім того, продуктивність вказаного котла - недостатня, що в свою чергу, зв'язано як із складністю конструкції, так і з утворення накипу на електродах, що відповідно знижує потужність пристрою, збільшує енерговитрати на його роботу. Відомий патент UA 44941, в якому представлений котел електродний водогрійний, що складається з труби, трійника і електродного вузла в торці, який, у свою чергу, складається з електроду, вкрученого в термопластикову різьбову пробку. Відмітною ознакою є те, що труба, трійник, електрод виготовлені з нержавіючої сталі, всі з'єднання різьбові, що дозволяє збільшити тепловіддачу від електроду теплоносію, скоротити час нагріву теплоносія до 1 UA 103474 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 необхідної температури через відсутність зварних з'єднань. Також в нижній частині корпусу є порожнина ("відстійник"), призначена для збору іржі, накипу та окалини, за рахунок чого збільшується коефіцієнт корисної дії, а також збільшується зносостійкість та надійність всього пристрою. До того ж, періодичність очищення електродного котла збільшується в 2-3 рази, тобто очищення можливо проводити один раз в 2-3 роки на відміну від застосування котлів з електродами із звичайної сталі і без "відстійника", очищення яких проводиться практично щороку, а то і двічі в рік. Як результат для відомого котла скорочується час нагріву води, тим самим одержується деяка економія електроенергії. Незважаючи на певні вдосконалення, направлені, в першу чергу, на економію електроенергії, коефіцієнт корисної дії (ККД) практично не перевищує 90 %. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення електродного котла шляхом оптимального поєднання конструктивних особливостей, властивостей теплоносія та матеріалу, з якого виготовлені електроди, в результаті чого досягається висока продуктивність електродного котла при збереженні його спрощеної конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що згідно корисної моделі котел електродний містить циліндричний металевий корпус з встановленим в ньому електродним блоком, який представляє собою сам електрод, виконаний з нержавіючої сталі, склад якої обмежує утворення на електроді плівки, фланцеве кріплення, елементи для кріплення кришки корпуса з фланцем, блок підключення електрода до джерела живлення, крім того котел оздоблений патрубком для подачі теплоносія та патрубком для передачі теплоносія у систему обігріву, причому перший з них розміщений по дотичній до поверхні корпусу, а теплоносієм є сольовий розчин, наприклад, 3-5 % -ний розчин хлориду натрію. Крім того, технічне рішення, що заявляється, передбачає введення у пристрій двох додаткових електродних блоків. Іншими словами, технічне рішення, що заявляється, забезпечує однофазну та трьохфазну модифікацію електродного котла. Однофазна модифікація пристрою забезпечує його потужність, що дорівнює 2-8 кВт, а трьохфазна модифікація - 8-36 кВт. Про переваги такої можливості свідчить факт, що 1 кВт є 2 достатнім для нагріву приміщення площею 12 м i висотою 2,7 м. Автором цієї корисної моделі заявлена така сукупність ознак електродного котла, яка забезпечує досягнення заявленого технічного результату, а саме, високої продуктивності його роботи, під якою мається на увазі весь комплекс вищеперерахованих вимог. Повертаючись до принципів роботи електродного котла, зокрема хаотичного руху теплоносія від аноду до катоду з частотою 50 Гц, слід зауважити, що вода як теплоносій, має певний опір, від якого напряму залежить потужність котла. Але опір підвищується в залежності від тих домішок, які можуть міститись в теплоносії. Такими домішками є природні домішки води, що використовується, та домішки, що надходять з матеріалу електродів. Внаслідок хімічних та електрохімічних процесів з участю вказаних домішок на електродах виникає утворення плівки, яка викликає зниження потужності котла і відповідно збільшення електроенергії, що споживається. Розміщення зворотного патрубка по дотичній до поверхні корпуса і в нижній частині котла викликає значне підсилення хаотичного руху часток, що в свою чергу, до мінімуму знижує вірогідність відмічених вище негативних процесів. Позитивний внесок в досягнення продуктивної роботи електричного котла обумовлений також вибором матеріалу для виготовлення електродів. Таким матеріалом є особлива нержавіюча сталь, в складі якої до мінімуму зведені компоненти, що мають тенденцію переходу у теплоносій з наступною участю у процесах взаємодії часток домішок з утворенням плівки на електродах. Для часткового усунення такого недоліку зазвичай використовують додавання до теплоносія гідроксиду натрію. Але така дія не є достатньо досконалою, оскільки іони ОН , що є продуктом дисоціації гідроксиду натрію, беруть активну участь в процесах утворення, наприклад, гідроксидів металів, які представляють собою один з факторів, що збільшують опір теплоносія. У зв'язку з відміченою негативною тенденцією авторами запропоновано вводити у теплоносій хлорид натрію до досягнення концентрації 3-5 мас. %. Додавання до теплоносія хлориду натрію помітно знижує негативний вплив домішок на продуктивність роботи електродного котла. Суть корисної моделі пояснює креслення. - на фіг. 1 зображено електродний котел однофазної модифікації в повздовжньому розрізі; - на фіг. 2 зображено електродний котел однофазної модифікації, вигляд зверху; - на фіг. 3 зображено електродний котел трьохфазної модифікації в повздовжньому розрізі; - на фіг. 4 зображено електродний котел трьохфазної модифікації, вигляд зверху. 2 UA 103474 U 5 10 На наведених фігурах позначено: 1 - циліндричний металевий корпус; 2 - електродний блок; 3 - фланцеве кріплення; 4 - елементи для кріплення кришки корпусу з фланцем; 5 - блок підключення до джерела живлення; 6 - патрубок подачі теплоносія; 7 - патрубок для передачі теплоносія; 8 - теплоносій. Котел працює наступним чином: після заповнення корпусу (1) електродного котла теплоносієм (8) через патрубок (6) та підключення електрода чи електродів до джерела живлення (5) починається підігрів теплоносія, що супроводжується його рухом до патрубка (7) з наступним виходом у обігріваючу систему. Таблиця 1 Загальна характеристика електродного котла однофазної модифікації Технічні дані 1. Напруга 2. Вид струму 3. Частота струму 4. Об'єм опалювального приміщення 5. Площа опалювального приміщення 6. Об'єм теплоносія в системі опалення 7. Теплоносій 8. Висота підйому гарячої води 9. ККЛ 10. Температура на виході 11. Робочий тиск 12. Середня тривалість роботи на добу 13. Довжина 14. Висота 15. Ширина 16. Нетто 17. Брутто Одиниці виміру Вольт Гц Енергозберігаючий електродний опалювальний пристрій 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/12 220±10 % Однофазній, змінний 50 3 М Не більше 120 180 240 300 360 420 480 540 600 750 М Не більше 40 60 80 100 120 140 160 180 200 250 Літрів Не більше 80 120 160 200 240 280 320 360 400 480 2 Вода Метри Питомий опір теплоносія при температурі + 15 °C не має бути менше 1000 Ом х см 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 %, до 99 °C, до 95 мПа 0,2 8 при температурі теплоносія в системі водяного опалення 5060 °C 300 110 80 1,5 2 Час, до мм мм мм кг кг 15 3 UA 103474 U Таблиця 2 Загальна характеристика електродного котла трьохфазної модифікації Технічні дані Одиниці виміру Вольт Енергозберігаючий електродний опалювальний пристрій 3/6 3/9 3/12 3/15 3/18 3/21 3/24 3/27 3/30 3/36 220/380±10 % Однофазній, трьохфазний, змінний 50 1. Напруга 2. Вид струму 3. Частота струму Гц 4. Об'єм 3 M опалювального 360 540 750 900 1080 1260 1440 1620 1800 2250 Не більше приміщення 5. Площа 2 M опалювального 120 180 250 300 360 420 480 540 600 750 Не більше приміщення 6. Об'єм теплоносія Літрів 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1440 в системі опалення Не більше Питомий опір теплоносія при температурі + 15 °C не має бути 7. Теплоносій Вода менше 1000 Ом х см 8. Висота підйому Метри 6 9 12 15 18 20 20 22 22 24 гарячої води 9. ККЛ %, до 99 10. Температура на °С, до 95 виході. 11. Робочий тиск мПа 0,2 12. Середня 8 тривалість роботи Час, до при температурі теплоносія в системі водяного опалення на добу 50-60 °C 13. Довжина мм 400 14. Висота мм 220 15. Ширина мм 140 16. Нетто кг 6 17. Брутто кг 7 5 10 В таблиці 1 та таблиці 2 представлені основні характеристики однофазної та трьохфазної модифікацій електродного котла, які відображають по суті всі переваги пристроїв, що заявляються. Таким чином, як підтверджують фіг. 1-4 та таблиці 1 та 2, електродний котел, що заявляється, як однофазної, так і трьохфазної модифікації, має високу продуктивність. В першу чергу, це відноситься до досягнення високого ККД до 99 %, простоти експлуатації, ефективності використання в системі гарячого водопостачання. Суттєвою перевагою пристрою, що заявляється, є значна економія електроенергії. Всі вказані переваги доповнюються нескладною конструкцією котла. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Котел електродний, який відрізняється тим, що містить циліндричний металевий корпус з встановленим в ньому електродним блоком, що являє собою сам електрод, виконаний з нержавіючої сталі, склад якої обмежує утворення на електроді плівки, фланцеве кріплення, елементи для кріплення кришки корпуса з фланцем, блок підключення електрода до джерела живлення, крім того, котел містить патрубок для подачі теплоносія та патрубок для передачі теплоносія у систему обігріву, причому перший з них розміщений по дотичній до поверхні нижній частити корпусу, а теплоносієм є сольовий розчин, наприклад 3-5 % розчин хлориду натрію. 2. Котел електродний за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить два електродних блоки. 4 UA 103474 U 5 UA 103474 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6