ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к конструкции электролитических нагревателей, которые предназначены для оснащения проточных малогабаритных водонагревательных котлов и/или водяных аккумуляторов тепла для систем горячего водоснабжения и отопления преимущественно отдельно стоящих жилых и общественных зданий и производственных помещений малых предприятий. Кроме того, такие нагреватели могут быть использованы:
в составе произвольных нагревателей разнообразных технологических жидкостей (в частности, растворов красителей и промывных растворов во время крашения текстильных материалов, кислых сред для декапирования поверхностей метизов и т.п.), а также
в составе проточных аппаратов для пастеризации таких пищевых продуктов, как молоко, сливки, молочные коктейли, фруктовые и/или овощные соки.
Ныне общеизвестно, что в странах с развитой тепловой и/или атомной энергетикой действуют по меньшей мере двойные тарифы на электроэнергию и что так называемый "ночной" тариф существенно ниже дневного тарифа. Поэтому во многих домах применяют оснащенные электрическими нагревателями водяные аккумуляторы, которые накапливают тепло именно ночью, а днем отдают его в режиме циркуляции воды как теплоносителя через замкнутую систему отопления.
Для нагрева воды или иной жидкости наиболее часто применяют резистивные электронагреватели (см., например: "Политехнический словарь". - М.: "Советская Энциклопедия", 1976, статья "Электрический нагрев", с.575).
Действительно, непосредственное преобразование электрической энергии в теплоту обеспечивает почти 100% к.п.д. Однако наиболее распространенные в современной технике электрические нагреватели с твердыми резистивными элементами, которые обычно изготовлены из дорого нихрома, все чаще заменяют нагревателями с жидкими резистивными элементами, которыми служат низкоконцентрированные водные растворы дешевых и общедоступных ионных химических соединений (например, солей).
Электролитический нагреватель жидкости, наиболее близкий к предложенному далее устройству по технической сущности, известен из технического описания и инструкции по эксплуатации устройств типа "АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛА КОТЛЫ ВОДОГРЕЙНЫЕ АТ-ВК", которые разработаны Западно-региональной ассоциацией "ЭКОБИОТЕХ" (г.Новоднестровск, Украина). Такой нагреватель (именуемый в этой Инструкции "пароэлектрическим патроном") имеет:
герметичный металлический трубчатый корпус, который служит первым электродом и оснащен крышкой со сквозным отверстием,
второй стержневой металлический электрод, который закреплен в отверстии указанной крышки корпуса и электрически изолирован от нее, и
жидкий резистор в виде низкоконцентрированного водного раствора по меньшей
мере одного ионного химического соединения, который залит в указанный герметичный корпус (сокращенно обозначаемый далее словосочетанием "жидкий резистор").
В известной конструкции электролитического нагревателя жидкий резистор заполняет трубчатый корпус примерно на 1/10 его объема. Это обеспечивает внутри герметичного корпуса цикличный процесс выпаривания воды в нижней части корпуса и конденсации пара в его верхней части с нагреванием воды или другой жидкой среды, которой заполнен водогрейный котел или иной замкнутый или проточный нагревательный аппарат.
Однако при таком нагреве (особенно при нарушениях отвода тепла от жидкого резистора) возможны сверхкритические скачки давления водяного пара внутри герметичного корпуса, а иногда - даже электролиз воды с образованием взрывоопасного водорода. Частичное заполнение корпусов жидким резистором не дает полной гарантии безопасной эксплуатации электролитических нагревателей. Поэтому производители оборудования, в составе которого используют эти нагреватели, вынуждены оснащать свою продукцию сложными и дорогими системами контроля температуры и регулирования рабочего тока.
В основу полезной модели положена задача путем разгрузки полости герметичного корпуса от избыточного давления создать такой электролитический нагреватель жидкости, который сам по себе был бы безопасен в эксплуатации.
Эта задача решена тем, что электролитический нагреватель жидкости, имеющий:
герметичный металлический трубчатый корпус, служащий первым электродом и оснащенный крышкой с отверстием,
второй стержневой металлический электрод, который закреплен в отверстии указанной крышки корпуса и электрически изолирован от нее, и
жидкий резистор в виде залитого в указанный корпус низкоконцентрированного водного раствора по меньшей мере одного ионообразующего химического соединения,
согласно изобретательскому замыслу
дополнительно оснащен расширительным бачком, у которого придонная часть подключена отводным патрубком к полости указанного корпуса, залитой указанным жидким резистором, а верхняя часть соединена с атмосферой.
Даже в случаях, если герметичный корпус такого электролитического нагревателя будет в начальном положении полностью залитый жидким резистором, увеличение объема этой электропроводной жидкости вследствие нагревания автоматически компенсируется перетеканием части жидкости к расширительному бачку. Если нагревание жидкого резистора будет сопровождаться чрезмерным испарением воды (и тем более, ее медленным частичным электролизом), газообразные продукты этих нежелательных процессов смогут свободно выходить в атмосферу через расширительный бачок, который будет работать как барботажный жидкостный затвор.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что указанный герметичный корпус полностью залит жидким резистором, а отводной патрубок подключен к полости этого корпуса в его верхней части. Это желательно с точки зрения быстрого и равномерного прогревания трубчатого корпуса после подачи электропитания на нагреватель.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что указанный герметичный корпус частично залит жидким резистором, а отводной патрубок подключен к полости этого корпуса в его нижней части. Это желательно с точки зрения экономии затрат жидкого резистора и создания резервного объема непосредственно в трубчатом корпусе.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что указанный стержневой электрод имеет в верхней части электроизоляционное покрытие. Это желательно с точки зрения использование относительно дешевых легко заменяемых алюминиевых проводов для изготовления стержневых электродов.
Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что указанный герметичный корпус оснащен заправочным патрубком с запорным элементом. Это упрощает первичное заполнение корпуса жидким резистором, опорожнение корпуса или доливание жидкости у него.
Далее суть полезной модели поясняется детальным описанием конструкции и работы предложенного устройства со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - предложенный электролитический нагреватель жидкости, полностью залитый жидким резистором (продольный разрез);
фиг.2 - зависимость тока, протекающего через электролитический нагреватель, от температуры;
фиг.3 - предложенный электролитический нагреватель жидкости, частично залитый жидким резистором (продольный разрез).
Электролитический нагреватель жидкости в любой форме выполнения (см. фигуры 1 и 3) имеет:
герметичный металлический трубчатый корпус 1, который служит первым электродом и имеет крышку 2 с не обозначенным особо сквозным отверстием,
второй стержневой (преимущественно сплошной, но возможно и тонкий трубчатый) металлический электрод 3, закрепленный в отверстии крышки 2 корпуса 1 и электрически изолированный от нее,
жидкий резистор 4, а именно низкоконцентрированный водный раствор по меньшей мере одного ионообразующего преимущественно щелочного химического соединения (например, гидрокарбоната или карбоната натрия), залитый в корпус 1, и
расширительный бачок 5, у которой придонная часть подключена отводным патрубком 6 к полости корпуса 1, залитой жидким резистором 4, а верхняя часть соединена с атмосферой (обычно через не показанный особо фильтр-каплеуловитель).
Как правило (фиг.1), корпус 1 полностью залит жидким резистором 4, а отводной патрубок 6 подключен к полости этого корпуса 1 в его верхней части. Однако указанный герметичный корпус 1 может быть залит жидким резистором 4 лишь частично (фиг.3). Тогда отводной патрубок 6 целесообразно подключать к полости корпуса 1 в его нижней части.
Стержневой металлический электрод 3 может иметь в верхней части электроизоляционное покрытие 7 (фиг.1). Также целесообразно, чтобы корпус 1 был оснащен заправочным патрубком 8 с запорным элементом 9.
Специалисту понятно,
что оба указанные выше электрода оснащены не показанными особо средствами для подключения к подходящему источнику питания, которым обычно служит бытовая или промышленная сеть переменного тока как таковая или с промежуточным понижающим трансформатором, и
что для закрепления в крышке 2 корпуса 1 или покрытия стержневого электрода 3 могут быть использованы общеизвестные фторопласт, высокомолекулярный поливинилхлорид, поликарбонат или другие подходящие электроизолирующие материалы.
Работает описанный нагреватель таким образом.
Электрический ток, протекающий в цепи "стержневой металлический электрод 3 - жидкий резистор 4 - трубчатый корпус 1", нагревает жидкий резистор 4, электрическое сопротивление которого возрастает с увеличением температуры с соответствующим падением тока и потребляемой мощности (фиг.2).
Далее тепло от жидкого резистора 4 через внешнюю стенку трубчатого корпуса 1 нагревает воду (например, в теплоаккумуляторе, включенном в замкнутый контур обогрева бытовых или промышленных помещений, или в проточном водогрейном котле), или другую жидкую среду.
Избыток жидкого резистора 4, возникающий вследствие его теплового расширения в нагревателях согласно фиг.1 или вследствие частичного испарения воды, перетекает из полости корпуса 1 через отводной патрубок 6 в расширительный бачок 5. При этом часть водяного пара, не абсорбированная в этом бачке 5, может выходить в атмосферу без какого бы то ни было дополнительного регулирования.
Если же объем жидкого резистора 4 и/или давление в полости корпуса 1 вследствие охлаждения уменьшается, часть жидкости возвращается из придонной части расширительного бачка 5 в корпус 1.
Естественно, что приведенные примеры конструктивной реализации изобретательского замысла и указанные технологические возможности не исчерпывают все аспекты промышленного применения предложенного нагревателя.