СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
METHOD AND DEVICE TO OBTAIN HEAT ENERGY FROM ELECTRIC ENERGY

Изобретение относится к электротехнике, в частности к прямому преобразованию электрической энергии в тепловую, и может найти применение в системах тепловодоснабжения и отопления.
Известны из патента РФ №2189541, класс F24H 1/20, 2002 способ и устройство преобразования электрической энергии в тепловую. В соответствии со способом холодную воду подают в корпус электронагревательной установки, где нагревают, и затем отводят в теплообменник, где вода охлаждается и вновь поступает на нагрев. Электронагревательная установка, в которой осуществляют нагрев воды, содержит полый корпус с патрубками подвода и отвода жидкости, соответственно подсоединяемые 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 РФ №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 регулровать мощность нагревателя путем сжатия и растяжения пружины.
К недостаткам данного 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 из патента РФ №2156410, класс F24H 1/20, 2000 изобретение, относящееся к тепловой энергетике и предназначенное для преобразования электрической энергии в тепловую.
Данное изобретение принято в качестве ближайшего аналога.
В этом изобретении нагрев жидкости осуществляется подачей напряжения на фазные электроды, образующие с пассивными электродами кольцевые камеры, через которые проходит жидкость. Циркуляция жидкости идет по двум каналам, один из которых снабжен регулирующим клапаном. Нагреватель содержит группу, составляющую три пары соосно установленных между собой фазных и пассивных электродов.
К недостаткам данного изобретения относятся наличие двух каналов циркуляции жидкости, что усложняет процесс регулирования мощности и температуры нагрева, саму конструкцию нагревателя, поскольку наличие второго канала обусловливает введение в состав дополнительных узлов и элементов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка экономичного способа преобразования электрической энергии в тепловую, а также простой по конструкции и управлению и компактной по габаритам установки для реализации разработанного способа, позволяющей осуществлять регулировку мощности и температуры нагрева жидкости в широком диапазоне.
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 воды в корпус электродной нагревательной установки, ее нагреве и отводе подогретой воды в теплообменник. В корпусе создают низкотемпературную плазму, поддерживают ее горение, при этом температуру горения задают и поддерживают посредством подключения к сети в различной последовательности и различном сочетании групп электродов, равномерно распределенных по высоте корпуса установки, при этом в каждую упомянутую группу входит, по меньшей мере, четыре электрода, а самих установленных в корпусе таких групп, по меньшей мере, пять, причем упомянутые последовательность и сочетание подключаемых к сети групп электродов определяются величиной электрической проводимости воды, которую замеряют перед ее подачей в корпус установки, а также необходимой величиной температуры нагрева водного электролита.
Разработанный способ реализуется с помощью устройства для преобразования электрической энергии в тепловую, выполненного в виде электродной нагревательной установки, содержащей корпус, снабженный подводящим патрубком, группу размещенных в корпусе электродов, при этом в корпусе установлено, по меньшей мере, пять групп электродов, в каждую из которых входит, по меньшей мере, по четыре электрода, при этом как группы электродов, так и электроды в каждой группе разнесены по высоте корпуса и равномерно расположены по всему его объему в горизонтальных плоскостях, при этом электроды каждой группы установлены со смещением в радиальном направлении, при котором концы электродов первой (нижней) группы наиболее удалены от оси корпуса, а концы электродов последующих групп установлены с постепенным приближением к этой оси.
При этом каждый электрод может быть заключен в фарфоровую изолирующую оболочку, корпус верхней и нижней частями посредством магистралей связан с теплообменником, а магистрали, связывающие корпус с теплообменником, установлены наклонно, при этом угол наклона каждой магистрали к горизонту составляет пять градусов.
Принципиальная схема разработанной электродной нагревательной установки для реализации способа преобразования электрической энергии в тепловую представлена на чертеже.
Согласно изобретению установка содержит корпус 1, имеющий предпочтительно цилиндрическую форму, патрубок 2 подвода воды, сообщающийся с источником воды (емкость или водопроводная сеть). В корпусе размещены фазные электроды 3, каждый из которых заключен в фарфоровую изолирующую оболочку 4. Указанные электроды сгруппированы между собой, по меньшей мере, в пять групп. В каждую группу входит, по меньшей мере, четыре электрода. Как группы электродов, так и сами электроды в каждой группе разнесены по высоте корпуса и равномерно распределены по всему его объему в горизонтальных плоскостях. При этом электроды каждой группы установлены со смещением в радиальном направлении, при котором концы электродов первой (нижней) группы наиболее удалены от оси корпуса, а концы электродов последующих групп установлены с постепенным приближением к этой оси. Электроды, устанавливаемые в корпусе, представляют собой выполненные из вольфрама стержни, при этом корпус своими верхней и нижней частями посредством наклонно размещенных магистралей 5 и 6 сообщается с теплообменником 7, образуя отопительный контур, по которому циркулирует водный электролит. Угол наклона каждой магистрали к горизонту составляет 5 градусов. На корпусе нагревателя закреплен токоввод 8 для подключения нулевого провода заземления, электроды также снабжены токовводами для подключения фазового провода. Корпус может быть сделан из любого металла.
Электродная нагревательная установка, реализуя способ преобразования электрической энергии в тепловую, работает следующим образом.
В корпус электродной нагревательной установки подается вода. Перед подачей воды в корпус замеряется ее электрическая проводимость. В зависимости от полученной величины электрической проводимости устанавливают режим работы установки, позволяющий получить необходимую температуру нагрева воды для отопительного контура, которая может изменяться от 60 до 90°С. При необходимой температуре 60°С включается нижняя группа электродов, состоящая, по меньшей мере, из четырех вольфрамовых стержней. При необходимости повысить температуру до 90° подключаются остальные, такие же по количественному составу, группы электродов. Установка с помощью размещенных в корпусе электродных групп обеспечивает режимы работы при различных сочетаниях включения указанных групп, позволяя получать при этом требуемую температуру нагрева, которая обеспечивается и поддерживается горением плазмоида, возникающего на каждом электроде при подаче на них питающего напряжения от коммунальной сети.
При нагреве, в результате плазменно-электрохимического воздействия на воду, происходит кластерное разрушение строения жидкой воды и достигается повышенный коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую. В процессе циркуляции и захвата подпитывающей воды вода в системе, пройдя теплообменник, успевает восстановить свое кластерное строение, и тепловой цикл повторяется.