ЭЛЕКТРОДНЫЙ КОТЕЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для нагрева жидкостей и предназначена для использования в системах водяного отопления помещений при отсутствии централизованного теплоснабжения. С помощью электродных котлов можно обогревать не только частные дома типа дач и коттеджей, но и учреждения общественного назначения: рестораны, кафе, теплицы, склады и другие производственные помещения.
В последнее время экономией энергетических ресурсов озадачились не только отдельные граждане страны, но и владельцы предприятий, где используется автономная система отоплений. В России широко применяются для нагрева теплоносителя как ТЭНовые котлы, так и электродные. Недостатками ТЭНовых котлов являются высокая стоимость энергоресурсов, а также образование накипи на нагревательных элементах, что сначала приводит к увеличению энергопотребления, а потом к полному выходу из строя. На смену ТЭНовым котлам приходят электродные котлы, эффективность работы которых, по сравнению с ТЭНовыми, экономичнее до 30%. Переход полностью на электродные котлы высвободит значительную часть энергоресурсов, идущую на нагрев теплоносителя, но оставит без применения огромное количество годных к использованию изделий. В идеале было бы осуществление замены ТЭНового нагревательного блока на электродный блок.
Автором предлагаемой полезной модели был изучен массив патентов на изобретения и полезные модели Российской Федерации, а также информация, опубликованная в Интернете, относящаяся к вышеуказанной области техники, в результате чего был обнаружен следующий аналог.
Известен электродный котел отопительный (См. патент РФ №42092 на полезную модель «Электродный котел водогрейный», МПК F24H 1/00, приоритет 02.08.2004, патентообладатель ООО «Экоклимат»). Известный электродный котел отопительный содержит вертикально расположенный металлический трубчатый корпус с закрепленным в нем посредством резьбового соединения на нижнем ее конце электродным блоком, закрытым снаружи защитным колпаком и содержащим установленный в штуцере (в патенте неправильно назван «гайкой») стальной электрод, снабженный изолятором и выполненный с резьбой на тонком конце для подключения фазного провода, при этом корпус снабжен клеммами для нулевого провода и провода заземления, боковым резьбовым патрубком для подвода теплоносителя и резьбовым отверстием для отвода нагретого теплоносителя. Электродный блок является унифицированным для всех электродных котлов, выпускаемых ООО «Экоклимат».
Недостатком известного устройства является то, что при нижнем расположении электродного блока неудобно осуществлять обслуживание электродных котлов. Другим недостатком является то, что в нижней части корпуса постепенно накапливается осадок из электропроводной пыли и мусора. При большом их скоплении электроды начинают с ними контактировать, что не только приводит к сокращению срока их службы, но и небезопасно из-за возможности возникновения короткого замыкания. Еще одним недостатком является то, что электродный блок не может быть использован для замены ТЭНового нагревательного блока, закрепленного в ТЭНовом котле посредством резьбы.
Рассмотренный выше аналог - электродный котел водогрейный по патенту №42092 на полезную модель по технической сущности и достигаемому эффекту ближе других к заявляемой полезной модели, поэтому выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств определенного назначения, то есть создание электродного котла, обладающего такими достоинствами, как улучшение условий эксплуатации, повышенная безопасность, увеличение срока службы и взаимозаменяемость с ТЭНовым нагревательным блоком без демонтажа ТЭНовых котлов, в которых крепление нагревательного блока осуществлено посредством резьбового соединения.
Техническим результатом, на обеспечение которого направлена заявляемая полезная модель, является реализация этого назначения.
Указанная задача достигается тем, что в электродном котле отопительном, содержащем вертикально расположенный металлический трубчатый корпус с закрепленным в нем посредством резьбового соединения электродным блоком, закрытым снаружи защитным колпаком и содержащим установленный в штуцере стальной электрод, снабженный изолятором, и выполненный с резьбой на тонком конце для подключения фазного провода, при этом корпус снабжен резьбовыми патрубками для подвода и отвода теплоносителя и клеммами для нулевого провода и для провода заземления, согласно полезной модели, электродный блок установлен в верхней части корпуса, штуцер выполнен из металла и снабжен фланцем, а изолятор выполнен из верхней и нижней раздельных частей с выступами, входящими внутрь отверстия штуцера и охватывающими тонкий конец электрода, причем нижняя часть изолятора также снабжена выступами, охватывающими стержень электрода.
Стенка корпуса в верхней части выполнена с утолщением по внутреннему диаметру.
Корпус для разных модификаций выполнен одного типоразмера.
Электрод выполнен в виде стержня с резьбовым углублением на одном его торце для закрепления в нем шпильки.
Между фланцем штуцера и корпусом над местом их резьбового соединения установлено резиновое кольцо.
Фланец металлического штуцера выполнен шестигранным.
Снизу к корпусу приварена опорная площадка, выполненная из металлического листа.
Электродный блок является взаимозаменяемым с ТЭНовым нагревательным блоком при резьбовом соединении с корпусом.
Заявляемая полезная модель может быть изготовлена в условиях любого машиностроительного предприятия, либо небольших предприятий, специализирующихся в производстве электродных котлов, с использованием стандартного отечественного или импортного оборудования, известных технологий и серийно выпускаемых промышленностью материалов и деталей. Заявляемый электродный котел мощностью от 2 до 36 кВт может использоваться как в быту отдельными гражданами, так и в различных отраслях отечественного производства.
Предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет заявляемому устройству решить поставленную задачу.
Установка электродного блока в верхней части корпуса обеспечивает повышенную безопасность при эксплуатации, так как исключается замыкание электрода с осадком в корпусе котла, вследствие чего увеличен срок службы. Улучшены условия эксплуатации: сверху легче следить за состоянием электродов, проще снять электродный блок для замены, для этого не потребуется демонтаж всего котла.
Выполнение штуцера из металла исключает возможность его растрескивания при эксплуатации, тем самым повышая надежность устройства. Наличие фланца удобно при выкручивании электродного блока в процессе эксплуатации.
Выполнение изолятора из двух частей: верхней и нижней, с внутренними выступами, входящими внутрь отверстия штуцера и охватывающими тонкий конец электрода, и наружными, охватывающими стержень электрода, обеспечивают надежное центрирование электрода относительно стенок корпуса.
Выполнение утолщения в верхней части корпуса под резьбу обеспечивает экономию металла в целом на изготовление котла.
Выполнение корпуса одного типоразмера для разных модификаций электродных котлов позволяет экономить на изготовлении всего устройства, независимо от того: однофазный или трехфазный электродный котел производится.
Выполнение электрода сборным: из стержня и ввернутой в него шпильки упрощает его изготовление.
Установка резинового кольца в резьбовое соединение корпуса с металлическим штуцером обеспечивает надежную систему уплотнения, не допускающую протекания теплоносителя наружу из котла.
Выполнение резьбового соединения электродного блока с корпусом котла обеспечивает взаимозаменяемость с ТЭНовым нагревательным блоком, превращая неэкономичный ТЭНовый котел в высокоэкономичный электродный.
Заявляемая полезная модель представлена на чертеже и фотографиях:
Фиг. 1 - вертикальный разрез электродного котла;
Фиг. 2 - фото электродного котла с пластмассовым защитным колпаком;
Фиг. 3 - фото электродного блока.
Заявляемый электродный котел отопительный содержит вертикально расположенный металлический трубчатый корпус 1, стенка которого в верхней части выполнена с утолщением 2 по внутреннему диаметру под резьбу 3. Она предназначена для закрепления посредством резьбового соединения электродного блока (на чертеже не обозначен), содержащего стальной электрод (на чертеже не обозначен), установленный в металлическом штуцере 4, снабженном фланцем 5, имеющим шестигранную форму, что облегчает ввертывание электродного блока в корпус 1. Последний имеет одинаковые размеры для разных модификаций котлов как для однофазных, так и для трехфазных. Электрод представляет собой стержень 6, с одного края, и более тонкий с нарезанной резьбой конец, с другого края. Для упрощения его конструкции он выполнен из стального стержня 6, на торце которого выполнено резьбовое углубление, в котором крепится шпилька 7. Электрод снабжен изолятором (на чертеже не обозначен), выполненным из фторопласта - термостойкого пластика и состоящим из двух раздельных частей: верхней 8 и нижней 9, выполненных с выступами (на чертеже не обозначены), входящих в отверстие штуцера 4 и охватывающих шпильку 7. В случае однофазного электродного котла в штуцере 4 выполнено одно отверстие по его центру для одного электрода. В трехфазном электродном котле выполнены три отверстия под три электрода. Соответственно каждый электрод снабжен аналогичным изолятором. Нижняя часть 9 также снабжена выступами, охватывающими стержень 6. Между штуцером 4 и выступами нижней части 9 изолятора установлена резиновая прокладка 10. Между стержнем 6 и нижней частью 9 изолятора также установлена резиновая прокладка 11. Такая конструкция изолятора исключает контакт фланца 5 и корпуса 1 с электродом, а наличие прокладок 10 и 11 помогает избежать протекания теплоносителя к месту подключения фазы. Между фланцем 5 и корпусом 1 над местом соединения резьбы 3 со штуцером 4 установлено резиновое кольцо 12, служащее прокладкой от протекания теплоносителя наружу. Корпус 1 снабжен двумя боковыми резьбовыми патрубками: к нижнему патрубку 13 подводится теплоноситель, а из верхнего 14 он после нагрева в котле поступает в систему отопления или горячего водоснабжения (на чертеже не изображена). Подключение резьбовых патрубков 13 и 14 к системе отопления осуществляется с помощью муфт (на чертеже не изображены). Конец шпильки 7, выступающий из верхней части 8 изолятора, предназначен для крепления токоведущего фазного провода (на чертеже не изображен). Сверху на верхнюю часть 8 фторопластового изолятора установлена шайба 15, обеспечивающая ее плотное поджатие к фланцу 5 посредством нижней гайки 16, надетой на конец шпильки 7. Затем поверх нижней гайки 16 установлены две шайбы (на чертеже не обозначены), между которыми зажимается фазный провод, прижимаемый верхней гайкой 17. На корпусе 1 снаружи выполнены клеммы 18 - «ноль» и 19 - «земля». Для этой цели использованы обычные болты, приваренные к корпусу 1 головками. Соответствующие провода закреплены между шайбами, поджатыми гайкой (на чертеже не обозначены). Клеммы 18 и 19 защищены резиновыми колпачками (на чертеже не обозначены) от случайных касаний руками. После того, как электродный блок установлен в корпус 1 и фазный провод закреплен между гайками 16 и 17, сверху надевается защитный пластмассовый колпак 20, охватывающий фланец 5 по наружному периметру. Он защищает потребителя от случайного касания руками оголенного фазного провода и шпильки 7, а также служит для защиты контактов от пыли, влаги и других загрязнений. Снизу к корпусу 1 приварена опорная площадка 21, выполненная из металлического листа. Площадка 21 выполняет двойную функцию: она герметично закрывает корпус 1 котла снизу и служит в качестве опоры для установки на пол или другую горизонтальную поверхность. Снаружи на поверхность корпуса 1 нанесено порошковое покрытие и лак. Такое декоративное покрытие необходимо не столько в целях эстетики, сколько для безопасности, защиты от поражений током.
Заявляемый электродный котел работает следующим образом.
Подключение электродного котла к электрической сети производится при помощи фазного провода. Для подключения небольших котлов мощностью до 6-7 кВт достаточно однофазной сети 220 В, для котлов от 12 кВт и выше требуется трехфазная сеть 380 В. При установке однофазного электродного блока роль второго электрода выполняет внутренняя поверхность стенки корпуса 1. Электрод является основным нагревательным элементом. В качестве теплоносителя используется вода, которая является элементом электрической цепи. К ее качеству предъявляются особые требования (она должна иметь определенную проводимость). При прохождении электрического тока через электродный блок происходит расщепление молекул воды на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые двигаются, соответственно, к отрицательному и положительному электродам, выделяя при этом энергию, что приводит к нагреву теплоносителя. Напряжение, которое прилагается к электродам, позволяет ионизировать воду, но явление электролиза не происходит, т.к. катод и анод меняются местами с частотой электрической сети, при этом выделяемое количество тепла пропорционально силе тока и сопротивлению воды. Процесс нагрева теплоносителя в электродных котлах идет напрямую, без "посредника", а не так, как это имеет место в ТЭНовых котлах. Корпус электродного котла, где происходит процесс нагрева, небольшого размера, поэтому следует резкий разогрев теплоносителя и, как следствие, повышение его давления (при максимальной мощности прибора - до 2 атмосфер). Таким образом, элетродный котел является одновременно нагревательным прибором и циркуляционным насосом, что экономит потребителю немало средств.
Нагретая до определенной температуры вода попадает в систему отопления и, таким образом, происходит обогрев помещения. Преимущества заявляемого электродного котла отопительного, по сравнению с прототипом:
- улучшение условий эксплуатации.
- повышение безопасности.
- уменьшение трудоемкости в изготовлении, благодаря одинаковым размерам корпусов для разных модификаций котлов.
- простота монтажа/демонтажа.
- увеличение срока службы.
- возможность замены с минимальными потерями неэкономичных ТЭНовых котлов на электродные котлы, когда крепление ТЭНового нагревательного блока осуществлено посредством резьбового соединения.