Высокотемпературный электрокотёл с опосредованными нагревательными элементами

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, к устройствам резистивного нагрева, устройствам с применением электронагрева теплоносящей жидкости и может быть использована в различных сферах: в системах технологического нагрева высокотемпературных теплоносителей, отопления, горячего водоснабжения, косвенного нагрева различных жидких сред.
Известен котел электрический [1], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, съемным днищем, выполненным в виде пробки, снабженным защитным кожухом, и закрепленный на днище корпуса, соосно с последним, нагревательный элемент, съемное днище выполнено из материала с коэффициентом теплового расширения, соответствующим коэффициенту теплового расширения материала корпуса, и соединено с корпусом при помощи резьбового соединения, образованного соответствующими резьбами на боковых сопрямагаемых поверхностях днища и корпуса.
Недостатком данного котла электрического является невозможность изготовления котла данной конструкцией мощностью более 100 кВт, в виду крайне высокой технологической сложности при больших размерах, отсутствие в конструкции возможности контроля температуры нагрева теплоносителя, а также наличие в корпусе котла резьбовых соединений, требующих применения уплотнений, исключающих возможность работы с высокотемпературными теплоносителями обладающими в разогретом состоянии высокой жидкотекучестью. Также в данном котел электрическом при проведении обслуживания и в случае выхода нагревательного элемента требуется слив теплоносителя из корпуса.
Известен электроводоподогреватель [2], содержащий корпус с входным и отводящим патрубками, внутри которого расположен, по крайней мере, один нагревательный элемент, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух согнутых листов металла, сваренных между собой, и закрыт с торцов крышками, выполненными с параллельными по осям патрубками, нагревательные элементы по количеству от одного до трех установлены параллельно осям патрубков в резьбовой пробке, вкрученной в резьбовое кольцо, связанное с одной из крышек корпуса.
Недостатком вышеназванного электроводоподогревателя является высокая концентрация напряжения, при работе нагревателя в системах под избыточным давлением, в сварных швах корпуса из листового металла, а также наличие в корпусе котла нескольких резьбовых соединений, требующих применения уплотнений и исключающих возможность работы с высокотемпературными теплоносителями, обладающими в разогретом состоянии высокой жидкотекучестью. Также в данном электроводоподогревателе при проведении обслуживания и в случае выхода нагревательного элемента требуется слив теплоносителя из корпуса.
Известен электрокотел [3-прототип], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, электронагреватели, размещенные внутри корпуса, и датчики реле температуры, корпус выполнен в виде отрезка трубы, один конец которой является выходным патрубком, а другой снабжен фланцем, электронагреватели выполнены в виде трубчатых электронагревателей, разделены на не менее чем две группы и закреплены на опорной пластине, жестко и герметично соединенной с фланцем корпуса с возможностью расположения электронагревателей внутри корпуса параллельно его продольной оси, при этом число датчиков-реле температуры соответствует числу групп электронагревателей.
Недостатком указанного выше электрокотла невозможность изготовления котла данной конструкцией мощностью более 100 кВт, в виду крайне высокой технологической сложности, наличие в электрокотле соединений электронагревателей с корпусом, требующих применения уплотнений, исключающих возможность работы с высокотемпературными теплоносителями обладающими в разогретом состоянии высокой жидкотекучестью, а также наличие вероятности локального перегрева теплоносителя непосредственно на поверхности электронагревателя в виду отсутствия в данной области устройства контроля температуры. Также в данном электрокотел при проведении обслуживания и в случае выхода нагревательного элемента из строя требуется слив теплоносителя из корпуса.
Предлагаемое техническое решение - Высокотемпературный электрокотел с опосредованным нагревательными элементами - направлено на устранение выявленных недостатков прототипа и аналогов, а именно, обеспечения возможности изготовления электрокотлов мощностью более 100 кВт, исключение вероятности локального перегрева теплоносителя, исключение резьбовых соединений и применения элементов уплотнения в месте установке нагревательных элементов, исключение необходимости слива теплоносителя из объема корпуса при замене нагревательных элементов, обеспечение возможности работы с высокотемпературными теплоносителями.
Электрокотел, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, электронагреватели, размещенные внутри корпуса, и датчики реле температуры, пэлектронагреватели не имеют прямого контакта с теплоносителем и размещены в индивидуальных трубных сегментах, причем трубные сегменты имеют со стороны погружаемой в корпус заглушенный торец, с другой стороны - открытую часть и сварное соединение с одной из торцевых поверхностей цилиндрического корпуса электрокотла, а датчики реле температуры контролируют как температуру теплоносителя так и температуру электронагревателей. Предлагаемое техническое решение представлено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.
Высокотемпературный электрокотел с опосредованным нагревательными элементами представляет собой следующее изделие. На фигуре 1 цифрой 1 обозначен корпус электрокотла, цифрой 2 - трубный сегмент, цифрой 3 - электронагреватель (трубчатый электронагревательный элемент - ТЭН), цифрой 4 - трубопровод ввода теплоносителя, цифрой 5 - трубопровод отвода теплоносителя, цифрой 6 - датчик реле температуры теплоносителя, цифрой 7 - датчик реле температуры электронагревателя, цифрой 8 - шкаф управления, цифрой 9 - кабельный участок силовой, цифрой 10 - кабельный участок к датчику реле температуры теплоносителя, 11 - кабельный участок к датчику реле температуры электронагревателя.
Высокотемпературный электрокотел с опосредованным нагревательными элементами работает следующим образом: в корпус электрокотла 1 по трубопроводу 4 поступает теплоноситель и заполняя весь внутренний объем электрокотла выходит через трубопровод 5, при включении электрокотла в электрическую сеть с помощью шкафа управления 8, через кабельный участок 9, к электронагревателям 3, размещенным в трубных сегментах 2 поступает электрический ток и начинается нагрев. Электронагреватели 3 нагреваются и за счет естественного теплообмена передают тепловую энергию на трубные сегменты 2, от трубных сегментов 2, теплоноситель, находящийся во внутреннем объеме корпуса электрокотла 1, за счет естественного теплообмена начинает разогреваться. С помощью датчика реле температуры электронагревателя 7, контролируется температура электронагревателя 2 и при превышении установленного значения, по кабельному участку 11 в шкаф управления 8 поступает соответствующий сигнал, подача питания на электронагреватели 3 прекращается, обеспечивая тем самым исключение вероятности локального перегрева теплоносителя. С помощью датчика реле температуры теплоносителя 6, контролируется температура теплоносителя в корпусе электрокотла 1 и при превышении установленного значения, по кабельному участку 10 в шкаф управления 8 поступает соответствующий сигнал, подача питания на электронагреватели 3 прекращается, что обеспечивает поддержание заданной температуры теплоносителя. Для лучшего понимания устройства высокотемпературного электрокотла с опосредованными нагревательными элементами приведены фигуры 2,3,4,5. На фигуре 2 отображено, с локальным разрезом, расположение электронагревателей 3 установленных в трубных сегментах 2 закрепленных сварным соединением в торцевой поверхности цилиндрического корпуса электрокотла 1. На фигуре 3 отображено устройство размещения электронагревателей 3 и датчика реле температуры 7 в трубном сегменте 2. Причем длина датчика реле температуры 7 применяется равной не менее 250 мм с целью получения более точного значения контролируемой температуры. Сварное соединение трубного сегмента 2 с корпусом электрокотла 1 обуславливает исключение элементов уплотнения в месте установки электронагревателей 3, обуславливает возможность работы электрокотла с высокотемпературными теплоносителями с высокой степенью жидкотекучести, а также отображает возможность замены электронагревателей 3 без слива теплоносителя из корпуса электрокотла 1 так как теплоноситель не проникает в трубный сегмент 2. На фигуре 4 отображена торцевая часть корпуса электрокотла 1 и порядок размещения трубных сегментов 2, а также указано место реализации сварного соединения поз.1 и поз.2, что отображает возможность реализации любой мощности электрокотла при увеличении диаметра корпуса 1 и увеличении количества трубных сегментов 2, для размещения большего числа электронагревателей 3. На фигуре 5 отображен реализованный высокотемпературный электрокотел с опосредованным нагревательными элементами, нумерация элементов произведена согласно фиг.1,2,3,4.
Предлагаемая полезная модель - высокотемпературный электрокотел с опосредованным нагревательными элементами - обеспечивает устранение выявленных недостатков прототипа и аналогов, а именно, реализуется возможность изготовления электрокотлов мощностью более 100 кВт, исключается вероятность локального перегрева теплоносителя, исключаются резьбовые соединения и не требуется применение элементов уплотнения в месте установке нагревательных элементов, исключается необходимость слива теплоносителя из объема корпуса электрокотла при замене нагревательных элементов. Обеспечена возможность работы с высокотемпературными теплоносителями. С учетом факторов изложенных выше и устранения недостатков прототипа, достигается необходимый результат, что обуславливает промышленную применимость технического решения.
Данное техническое решение апробировано при изготовлении высокотемпературных электрокотлов с опосредованным нагревательными элементами с рабочей температурой до 500°С, получено подтверждение промышленной применимости и возможности внедрения в производство. Планируется осуществление серийного выпуска оборудования, на основании данного технического решения, с единичной мощностью в диапазоне 25-2500 кВт с различным напряжением питающей сети.
Источники информации:
1. Патент RU №48623, 2005.
2. Патент RU № 136137, 2013.
3. Патент РФ № 2263418, 2005.