Електродний нагрівач

Реферат: Електродний нагрівач містить в площині горизонтального перерізу його корпусу, виготовленого з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, що має форму циліндра, розташованого вертикально, в трьох рівновіддалених між собою отворах за допомогою гідроізоляційних муфт закріплені рухомі фазні електроди, підключені до джерела напруги, до того ж з обох кінців корпус закритий з'єднаними між собою за допомогою шпильок, заземленими і під'єднаними до нульової фази джерела напруги, металевими кришками, нижня з яких має патрубок для підведення холодної води і може мати ніжки для розміщення на підлозі, а верхня - патрубок для відведення нагрітої води, між кришками і корпусом розташовані термостійкі гідроізоляційні прокладки з отворами, співвісними корпусу та отворам патрубків кришок UA 67687 U (12) UA 67687 U UA 67687 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки прямого перетворення електричної енергії в теплову, а саме до електродних нагрівачів рідини, малогабаритних нагрівачів теплоносія, нагрівачів проточного середовища і може бути використаний для виготовлення різних електронагрівальних пристроїв. Відомий патент РФ RU № 12637U1 на корисну модель "Електродний нагрівач рідини", МПК Н05В3/60, F22B1/30, F24B1/20 опублікований 20.01.2000 р. власник патенту А.П. Ільїн. Даний винахід являє собою циліндричний корпус з патрубками підведення та відведення рідини, кришку, концентрично встановлені фазний та нульовий електроди, один з яких нерухомий, а інший регулюючий, встановлений з можливістю повороту відносно нерухомого електрода, електроди виконані у вигляді порожнистих циліндрів, в яких бокові взаємно направлені між собою поверхні являють собою, в поперечному перерізі, рівновеликі в кутовому відношенні колоподібні сектори в вигляді рівномірно встановлених по черзі електропровідних і неелектропровідних секцій різних видів. До недоліків запропонованого рішення можливо віднести утворення накипу між концентрично встановленими фазним та нульовим електродами та виникнення через це струмів короткого замикання. Створення зони перегріву рідини із-за відсутності вертикального прямоточного конвенційного руху рідини через, розташовані по осі нагрівача, патрубки підведення та відведення рідини. Ускладнення при встановленні фазного електрода та його ізоляції, через відсутність корпуса, виготовленого з ізоляційного термостійкого матеріалу, здатного витримувати тиск рідини. Відомий патент РФ RU № 2036543 C1 на винахід "Електродний водогрійний котел", МПК Г24Н1/20,опублікований 27.06.1992 р. власник патенту Ю.М. Мусаєв. Даний винахід являє собою декілька електрично ізольованих між собою і гідравлічно з'єднаних ізольованими трубами резервуарів, в днищах яких розміщені нерухомі електроди, підключені до джерела напруги, та рухомі короткозамкнені електроди, які встановлені в направляючих пазах кришок резервуарів з можливістю їх повного занурення та підйому з води. Через відсутність корпусу, виготовленого з термостійкого, водонепроникного, ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, труднощі при електричній ізоляції значних поверхонь резервуарів, які перебувають під електричною напругою винахід не знайшов широкого застосування. Найбільш подібним по конструкції та функціональному застосуванню до запропонованої корисної моделі є "Електродний нагрівач", патент РФ № 2156410 С1, МПК F24H1/20, опублікований 20.02.2000 р., власник патенту Всеросійський науково-дослідницький і проектнотехнологічний інститут по використанню техніки і нафтопродуктів в сільському господарстві". Даний електродний нагрівач являє собою корпус з кришкою та закріплені до неї за допомогою розбірних ізоляторів три пари співвісно встановлених фазних та пасивних електродів, ізольованих між собою та від корпусу з утворенням між ними кільцевих камер, які в верхній частині гідравлічно з'єднані між собою та з відвідним патрубком, а через регульований клапан з нижньою частиною об'єму корпусу. До недоліків даного винаходу можливо віднести складність виготовлення та експлуатації, необхідність ручного регулювання при запуску, що виключає його автоматизацію. Через бокове підведення та відведення рідини, що нагрівається, відсутність прямоточної вертикальної схеми її руху, існує можливість її перегріву між електродами, утворення накипів та підвищена корозія пар електродів, їх вигорання через коротке замикання, що викликає значні коливання напруги та сили струму в мережі, вихід зі строюелектричного обладнання. Все це ускладнює використання апарата як електродного нагрівача. Задачею корисної моделі "Електродний нагрівач" є розміщення в площині горизонтального перерізу корпусу котла, виготовленого з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, що має форму циліндра, розташованого вертикально, в трьох рівновіддалених між собою отворах, за допомогою гідроізоляційних муфт, рухомих фазних електродів, підключених до джерела напруги, з'єднання між собою за допомогою шпильок, заземлених і під'єднаних до нульової фази джерела напруги, розташованих з обох кінців корпусу металевих кришок, нижня з яких має патрубок для підведення холодної води і може мати ніжки для розміщення на підлозі, а верхня - патрубок для відведення нагрітої води, розташування між кришками і корпусом термостійких гідроізоляційних прокладок з отворами, співвісними корпусу та отворам патрубків кришок, виготовлення у варіанті виконання патрубків у вигляді втулок з внутрішньою різьбою за допомогою яких і контргайок кріпляться до відповідних кінців труб системи нагріву рідини теплоносія; розміщення у варіанті виконання, на рівновеликій відстані між фазними електродами спільного пасивного електрода у формі циліндра або кільця співвісного корпусу та з'єднання кришок з контуром заземлення; виготовлення кришок з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, та за рахунок запропонованих конструктивних рішень створити нагрівач, який би, зберігаючи всі переваги прототипу та аналогів, був би простішим в 1 UA 67687 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виготовленні та експлуатації, надійним, безпечним та економічно рентабельним, універсальним, забезпечив би спрощення конструкції електродної схеми, продовження терміну експлуатації нагрівача, виключення можливості виникнення асиметрії струмів та струму короткого замикання при експлуатації нагрівача та підвищення його енергетичної ефективності. Суть корисної моделі. Наступне відомо. Електродний нагрівач, який містить корпус з кришкою, патрубки для підведення холодної та відведення нагрітої рідини, три пари фазних та пасивних електродів, ізольованих між собою до яких підключене джерело напруги. Наступне нове. В площині горизонтального перерізу корпусу нагрівача, виготовленого з термостійкого, водонепроникного, ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, що має форму циліндра, розташованого вертикально, в трьох рівновіддалених між собою отворах, за допомогою гідроізоляційних муфт закріплені рухомі фазні електроди, підключені до джерела напруги, до того ж з обох кінців корпус закритий з'єднаними між собою за допомогою шпильок, заземленими і під'єднаними до нульової фази джерела напруги металевими кришками, нижня з яких має патрубок для підведення холодної води і може мати ніжки для розміщення на підлозі, а верхня - патрубок для відведення нагрітої води, між кришками і корпусом розташовані термостійкі гідроізоляційні прокладки з отворами, співвісними корпусу та отворам патрубків кришок. Патрубки виконані у вигляді втулок з внутрішньою різьбою за допомогою яких і контргайок кріпляться до відповідних кінців труб системи нагріву рідини чи теплоносія. Між фазними електродами на рівновеликій відстані встановлений спільний пасивний електрод у формі циліндра або кільця співвісного корпусу, а до кришок під'єднаний тільки контур заземлення. Кожна кришка виконана з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск води. Технічний результат. Спрощення конструкції досягається за рахунок використання як корпусу нагрівача, виготовленого з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини загальновживаної високонапірної азбестоцементної труби, як електродів газовідвідних клапанів двигуна внутрішнього згоряння - простих в виготовленні гідроізоляційних муфт, що складаються з відрізка труби з зовнішньою різьбою, контргайки, гідроізоляційної підмотки та двох підтискних гайок, простих в виготовленні шпильок, термоелектроізоляційних прокладок та кришок, що складаються з металевих пластин з щонайменше трьома зовнішніми отворами під шпильки та осьовим отвором, до якого приварюється втулка з внутрішньою різьбою. Суттєвою відзнакою для підвищення надійності та енергетичної ефективності нагрівача є, співвісне корпусу, вертикальне розташування підвідного та відвідного патрубків, створення між ними на закріплених рухомих фазних електродах рівновіддалених від вертикальної осі корпусу та між собою зони нагріву рідини, що створює її конвенційний прямоточний вертикальний рух і циркуляцію в системі. Спрощення конструкції електродної схеми досягається за рахунок розміщення на зовнішній, зручній для обслуговування, поверхні корпусу, виготовленого з електроізоляційного матеріалу трьох рівновіддалених між собою та підключених до джерела напруги рухомих фазних електродів, а у варіанті виконання, рівновіддалене розміщення між їх кінцями, всередині корпусу спільного пасивного електрода у вигляді циліндра чи кільця, що дає можливість використовувати нагрівач як однофазний, при під'єднанні всіх електродів до однієї фази. Спрощення та продовження терміну експлуатації нагрівача досягається за рахунок використання змінних, взаємно замінних електродів у вигляді клапанів ДВС, корпусу з високонапірної азбестоцементної труби, а у варіанті виконання і кришок, виготовлених з того ж матеріалу, що має подовжений строк експлуатаці, і в разі застосування в водогрійних мережах чи системах опалення, виконаних з електронепровідних матеріалів, робить їх електробезпечними. Виключення можливості виникнення асиметрії струмів та струму короткого замикання при експлуатації нагрівача та підвищення його ефективності досягається рівновіддаленим розташуванням електродів між собою, а у варіанті виконання, рівновіддаленим їх розташуванням від спільного пасивного електрода у вигляді циліндра чи кільця. Регулювання потужністю нагрівача досягається зміною рівновеликої відстані між електродами чи від спільного пасивного електрода. Все це дозволяє використовувати корисну модель як нагрівач рідини, робить його застосування безпечним, економічно доцільним, універсальним та багатогалузевим. Винахід ілюструється наступними кресленнями: фіг. 1 - принципіальна електротехнологічна схема нагрівача, Б - без пасивного електрода, В - з циліндричним пасивним електродом, Г 2 UA 67687 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 однофазний з кільцевим пасивним електродом; фіг. 2 схематичне зображення нагрівача з металевими кришками, вид з боку та переріз по А-А, фіг. 3 - схематичне зображення нагрівача з кришками, виконаними з термостійкого, водонепроникного, ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини з спільним пасивним електродом, вид з боку та переріз по Б-Б. Електродний нагрівач складається з фіг. 1-3 із корпуса поз. 1, виготовленого з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, що має форму циліндра, розташованого вертикально, в площині горизонтального перерізу якого, переріз А-А, Б-Б в трьох рівновіддалених між собою отворах поз. 2, за допомогою гідроізоляційних муфт поз. 3, що складаються, наприклад, з відрізка труби поз. 4, контргайки поз. 5, гідроізоляційної підмотки поз.6 та двох підтискних гайок поз. 7 закріплені рухомі фазні електроди поз. 8, кінці яких, розташовані в корпусі, рівновіддалені між собою та підключені до джерела напруги поз. 9, до того ж з обох кінців корпус закритий з'єднаними між собою за допомогою шпильок поз. 10, заземленими поз. 11 і під'єднаними до нульової фази поз. 12 джерела напруги - металевими кришками, нижня поз. 13 з яких має патрубок поз. 14 для підведення холодної рідини і може мати ніжки чи поверхню поз. 15 для розміщення на підлозі, а верхня поз. 16 патрубок поз. 17 для відведення нагрітої рідини, між кришками і корпусом розташовані гідроізоляційні термостійкі прокладки поз. 18 з отворами поз. 19, співвісними корпусу та отворам поз. 20 патрубків кришок. У варіанті виконання фіг. 2 патрубки поз. 14, 17 виконані у вигляді втулок з внутрішньою різьбою поз. 21 за допомогою яких і контргайок поз. 22 кріпляться до відповідних кінців труб системи нагріву рідини чи теплоносія. У варіанті виконання фіг. 3 між фазними електродами поз. 8 на рівновеликій відстані встановлений спільний пасивний електрод у формі циліндра поз. 23 або кільця поз. 24 співвісного корпусу, а до кришок поз. 13, 16 під'єднаний тільки контур заземлення поз. 11. У варіанті виконання кожна кришка поз. 13, 16 виконана з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск води фіг. 3. Пристрій працює наступним чином. Фіг. 1-3. До рухомих фазних електродів поз. 8 подається напруга, між електродами виникають нагріваючі струмові навантаження, через масу рідини, розташовану між ними, проходить електричний струм, нагріваючи при цьому рідину. Оскільки електроди розташовані навколо вертикальної осі, між отворами підвідного та відвідного патрубків, нагрівання маси рідини між електродами, викликає її конвекційне прямоточне піднімання по трубі і витіснення нагрітої маси рідини більш холодною з отвору підвідного патрубка, викликаючи циркуляцію рідини чи теплоносія в системі, через що створення накипу на електродах буде мінімальним, а вірогідність виникнення струмів короткого замикання зменшиться. Після нагрівання рідини до визначеного параметра, наприклад, води до 75 градусів по Цельсію, спрацьовує термореле, встановлене за відвідним колектором, яке роз'єднує ланцюг управління вимикачем, який від'єднує електроди від джерела напруги, а реле часової затримки затримує на 3-5 хвилин повторне з'єднання електродів з джерелом напруги, за цей час нагріта рідина буде витіснена від електродів більш холодною, охолоджене термореле відновить зв'язок джерела напруги з електродами, після чого цикл нагрівання повторюється. Для зменшення потужності нагрівача кожен рухомий фазний електрод витягують з корпусу нагрівача на рівновелику величину, наприклад, на 1 поділку в 1 мм, розташовану на зовнішній поверхні електрода за гідроізоляційною муфтою, збільшуючи відстань між їх кінцями або відстань від кінців електродів, розташованих в корпусі, до поверхні пасивного електрода в формі циліндра чи кільця. І навпаки, в разі необхідності збільшення струмового навантаження, потужності нагрівача, інтенсифікації процесу нагріву рідини - відстані між рухомими фазними електродами симетрично зменшують, подаючи їх до корпусу. Виникнення несиметричності струмів виключене шляхом встановлення між кожним фазним електродом і джерелом напруги - автоматичного вимикача, який спрацьовує від збільшення визначеної величини сили струму або від припинення його подачі - "обриву фази" і від'єднує всі електроди від джерела напруги. Керування нагрівачем за допомогою реле температури, часової затримки і автоматів сили струму загальновідоме, тому не показане на схемі. Для нагріву проточної рідини температурний датчик встановлюють в верхній точці додаткового резервуару для зберігання нагрітої рідини. До переваг запропонованого технічного рішення, в порівнянні з прототипами, можливо віднести наступну сукупність нових суттєвих ознак, як: - спрощена конструкція нагрівача; - невелика працеємкість виготовлення, монтажу, демонтажу та надійна, безпечна експлуатація нагрівача; - спрощення конструкції електродної схеми, за рахунок розміщення їх на зовнішній діелектричній поверхні корпусу; 3 UA 67687 U 5 10 15 - продовження терміну експлуатації нагрівача, за рахунок використання змінних та довговживаних деталей і матеріалів; - універсальність, нагрівач може бути нагрівачем рідини проточного та замкнутого середовища, однофазного та трифазного виконання; - підвищена економічна рентабельність за рахунок використання загальновживаних не дорогих матеріалів та деталей при виготовленні за спрощеною схемою, зменшення працеємкості виготовлення, обслуговування; - виключення можливості виникнення асиметрії струмів та струму короткого замикання при експлуатації нагрівача; - підвищення енергетичної ефективності нагрівача. Нагрівач знайде застосування в першу чергу при виготовленні водогрійних проточних котлів, водонагрівачів води, яка зберігається в ємності водонагрівачів для центрального опалення і інших електронагрівальних пристроїв для вироблення теплової енергії на промислових підприємствах, в сільськогосподарському виробництві з метою опалення, гарячого водопостачання та інших технологічних потреб. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Електродний нагрівач, який містить корпус з кришкою, патрубки для підведення холодної та відведення нагрітої рідини, три фазні та пасивні електроди, ізольовані між собою і корпусом, до яких підключене джерело напруги, який відрізняється тим, що в площині горизонтального перерізу корпусу котла, виготовленого з термостійкого водонепроникного ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини, що має форму кільця, розташованого вертикально, в трьох рівновіддалених між собою отворах за допомогою гідроізоляційних муфт закріплені рухомі фазні електроди, підключені до джерела напруги, до того ж з обох кінців корпус закритий з'єднаними між собою за допомогою шпильок, заземленими і під'єднаними до нульової фази джерела напруги металевими кришками, нижня з яких має патрубок для підведення холодної води і може мати ніжки або поверхню для розміщення на підлозі, а верхня - патрубок для відведення нагрітої рідини,між кришками і корпусом розташовані термостійкі гідроізоляційні прокладки з отворами, співвісними отворам кришок. 2. Електродний нагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що патрубки виконані у вигляді втулок з внутрішньою різьбою за допомогою яких і контргайок кріпляться до відповідних кінців труб системи нагріву рідини теплоносія. 3. Електродний нагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що між фазними електродами на рівновеликій відстані встановлений спільний пасивний електрод у формі циліндра або кільця співвісного корпусу, а до кришок під'єднаний контур заземлення. 4. Електродний нагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що кожна кришка виконана з термостійкого, водонепроникного, ізоляційного матеріалу, здатного витримувати тиск рідини. 4 UA 67687 U 5 UA 67687 U 6 UA 67687 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7