ЭЛЕКТРОДНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ РЭИАСО ПОЛЯКОВА-КОРЧЕВНОГО

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к электродно-ионному методу нагрева жидкости и жидкостных теплоносителей, и предназначено для использования в качестве энергосберегающего способа автономного обогрева отдельных квартир, жилых домов и иных помещений.
Известен электродный нагреватель жидкости, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкости, нулевой и фазный цилиндрические электроды, причем, нулевой электрод охватывает фазный электрод с образованием межэлектродного пространства. (Патент RU №2315246 «Электродный водонагреватель», МПК (2006.01) F24Н 1/20. Публ. 2008.01.20).
К причинам, препятствующим использованию известного нагревателя с достижением необходимого технического результата, относится то, что подключение фазного электрода известного нагревателя осуществляется снизу, на уровне пола, а это небезопасно при его использовании, кроме того, затруднено и не всегда возможно его подключение.
Известен электродный нагреватель жидкости, состоящий из цилиндрического корпуса, который служит нулевым электродом и расположенных в нем соосно, изолированных от корпуса, фазных электродов цилиндрической формы, входного и выходного патрубков (Патент RU «Электродный водонагреватель» №2309338, МПК F24Н 1/20. (2006.1) Публ.2007.10.27). Известный электродный нагреватель имеет габаритные размеры по вертикали, почти вдвое превышающие высоту стандартного радиатора отопления, располагаемого, как правило, под подоконником; применение известного нагревателя в стандартных квартирах не всегда возможно и целесообразно, так как для его размещения необходимо подбирать отдельный участок помещения.
Наиболее близким к заявляемому по технической сути и назначению является электродный нагреватель жидкости, включающий диэлектрический корпус, патрубки подвода и отвода теплоносителя, снабженные резьбой, нулевой и два параллельных между собой фазных электрода, расположенных на торцевых стенках нагревателя; известный нагреватель устанавливается горизонтально посредством ввертывания его по резьбе в нижнее отверстие радиатора отопления (Декларационный патент на полезную модель «Електродний нагрiвач рiдини» МПК (2006) F24Н 1/20; Н05В 3/60. Бюл. №6, 2006 р.) принятий за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании электродного нагревателя жидкости, принятого за прототип является то, что при нагреве до температуры 50-55°С жидкость начинает пульсировать, то есть происходит частичный выброс нагретой жидкости в систему отопления и только после этого на ее место поступает новая порция, так как камера нагрева имеет только одно отверстие для ввода и отвода жидкости. Одновременно с цикличностью нагрева жидкости наблюдается волнообразное изменение силы тока. Кроме того, нагреватель расположен горизонтально, и образующиеся пузырьки воздуха собираются «под потолком» нагревателя, укрупняются и попадают в радиатор, с характерным «булькающим» звуком. Использование в известном нагревателе электродов из «черного» металла, которые покрываются слоем ржавчины, и отсутствие очистки теплоносителя приводит к быстрому износу электродов, а также к насыщению жидкости ржавчиной, ее скоплению в камере нагрева, и повышенному образованию газовых пузырьков и эффекту «прострела», который усиливается при увеличении количества секций в батарее.
Задача - создание компактного, простого по конструкции, технологии изготовления и обслуживанию, надежного электродного нагревателя жидкости, совместимого с одной или двумя батареями отопления.
Технический результат по отношению к выбранному прототипу заключается в изменении системы подвода-отвода жидкости, в вертикальном расположении нагревателей, в уменьшении камеры нагрева и межэлектродного пространства, и, как следствие, уменьшении гидравлического сопротивления и улучшении циркуляции жидкости, экономии электроэнергии, увеличении срока службы электродов, устранении шумовых эффектов в радиаторах системы отопления.
Основой работы электродного нагревателя жидкости является процесс преобразования электрической энергии в тепловую и прямой ее передачи непосредственно в жидкость, которая используется как теплоноситель.
Электродный нагреватель жидкости РЭИАСО Полякова - Корчевного, включает в себя корпус, патрубки подвода и отвода жидкости, нулевой и фазный электроды, а особенность состоит в том, что нагреватель содержит расположенные вертикально, герметично соединенные между собой с возможностью прохода жидкости, образуя корпус нагревателя, входную и выходную камеры, размещенные на концах корпуса нагревателя, нижнюю и верхнюю электродные камеры нагрева, снабженные токоподводами и соединенные между собой промежуточной диэлектрической муфтой, две промежуточные камеры, автоматический воздушный клапан, установленный на выходной камере, при этом входная, выходная и промежуточные камеры оборудованы патрубками, расположенными перпендикулярно продольной оси камер, входная камера снабжена постоянным магнитом, а каждая электродная камера нагрева содержит нулевой электрод, выполненный в виде трубчатого корпуса, создающего рабочую камеру, верхний и нижний концы которого жестко вставлены в промежуточные муфты при чем, продольная ось электродов расположена вертикально. Фазные электроды, установленные в камерах нагрева, выполнены в виде усеченного конуса для обеспечения более равномерного нагрева жидкости и снижения износа электрода. Фазные электроды нижней и верхней камер нагрева снабжены отверстиями для прохода жидкости, расположенными в нижней их части, а фазный электрод верхней камеры нагрева дополнительно снабжен сквозным дренажным отверстием, соосным продольной оси камеры, предназначенным для прохода пузырьков воздуха, образовавшихся в нижней камере. В нижней камере нагрева соосно продольной оси отверстие не сквозное.
Конструкция фазных электродов с высверленными перпендикулярно и вдоль продольной оси отверстиями обеспечивает свободный проток жидкости в межэлектродное пространство камер нагрева и позволяет получить постоянное, а не импульсно-цикличное, прохождение ее через весь корпус нагревателя, снижая его гидравлическое сопротивление. При этом характеристики по току получаются более «сглаженными».
Кроме того, верхние кромки фазных электродов выступают над верхними кромками нулевых электродов на высоту 3-4 мм, для обеспечения равномерного распределения потребляемого тока по всей высоте электрода постепенным уменьшением его потребления в верхней части электродов, где происходит резкое падение мощности, что уменьшает степень разрушения верхней кромки электродов.
При использовании электродов из нержавеющей стали не происходит отложение продуктов окисления на корпусе электродов, следовательно, диаметр электродов в процессе эксплуатации не увеличивается. Это практически исключает возможность замыкания и позволяет уменьшить камеру нагрева до минимальных размеров, а сами электроды максимально приблизить один к другому и тем самым увеличить удельное электрическое сопротивление жидкости с одновременным существенным снижением ее агрессивности по отношению к металлическим деталям системы отопления; также значительно увеличивается срок службы электродов.
Патрубки подвода и отвода жидкости, которыми оборудованы входная и выходная камеры, снабжены накидными гайками для крепления нагревателя непосредственно к батарее отопления.
При подаче электрического напряжения на электроды в межэлектродном пространстве происходит расщепление молекул жидкости на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые под действием электрического тока перемещаются к противоположным полюсам, меняя свое направление 50 раз в секунду и заставляя колебаться ионы солей, входящих в состав жидкости. Это приводит к резкому нагреву жидкости в малом объеме межэлектродного пространства с выделением некоторого количества пузырьков газа, образующихся при прохождении электрического тока. На входе и выходе камеры нагрева образуется существенный перепад температур, вследствие чего нагретая жидкость поднимается по каналам электродного нагревателя, расположенного вертикально, без использования циркуляционного насоса (принцип конвекции).
В заявляемом электродном нагревателе жидкости, расположенном вертикально, эффект образования пузырьков улучшает циркуляцию, ускоряя ее благодаря такому известному явлению, как аэрлифт, когда поднимающийся по вертикали в ограниченном объеме жидкости пузырек увлекает за собой некоторую ее часть.
Использование в заявляемом нагревателе одновременно двух электродных камер нагрева дает возможность выбора трех режимов нагрева с разными характеристиками тока при соотношении рабочих поверхностей нулевого и фазного электродов нижней камеры нагрева к рабочей поверхности нулевого и фазного электродов верхней камеры нагрева 4:3 и, соответственно, мощности, причем, в зависимости от напряжения в сети мощность будет меняться линейно.
Как вариант возможно подключение заявляемого нагревателя как на один, так и на два радиатора посредством дополнительных патрубков ввода и отвода жидкости, расположенных на входной и выходной камерах. При подаче жидкости на два радиатора потребляемая мощность увеличивается не в два раза, а на 30-40%, что приводит к экономии электроэнергии и затрат на изготовление нагревателя.
Используемый в заявляемой полезной модели магнитный фильтр-отстойник, функцию которого исполняет входная камера с установленным в ней постоянным магнитом, исключает возможность попадания одновременно с жидкостью мельчайших частиц металла из корпуса радиатора на электроды и в комплексе с вертикальным расположением электродной камеры нагрева устраняет эффект «стрельбы» в радиаторах системы отопления.
Промежуточные камеры предназначены для установки в них термопредохранителя и термоманометра.
Герметичность устройства обеспечивают тем, что входная камера соединена с камерой нагрева, камера нагрева соединена с промежуточной камерой, промежуточные камеры соединены между собой и автоматическим воздушным клапаном резьбовыми соединениями посредством пластмассовых промежуточных втулок и пайкой.
На чертеже представлено: на фиг.1 изображена схема электродного нагревателя жидкости.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели, заключаются в следующем.
Электродный нагреватель жидкости включает патрубок ввода жидкости 1, расположенный перпендикулярно входной камере 2 и снабженный накидной гайкой 3. В случае присоединения нагревателя к двум батареям устанавливают входную камеру 2 с двумя патрубками ввода жидкости (на чертеже не показано). Входная камера оборудована постоянным магнитом 4 и выполняет функцию фильтра-отстойника. Нижняя камера нагрева 5 и верхняя 6 оборудованы токоподводами 7 и содержат нулевые электроды 8, выполненные в виде трубчатого корпуса, внутри которого установлены соосно фазные электроды 9 с образованием межэлектродного пространства. Фазные электроды 9 выполнены в виде усеченного конуса и снабжены перпендикулярными продольной оси отверстиями 10 для прохода жидкости, и параллельными продольной оси отверстиями 11, причем, отверстие 11 в фазном электроде верхней камеры нагрева 6 выполнено сквозным. Верхний и нижний концы нулевого электрода 8 впаяны в диэлектрические муфты 12 и 13. Камеры нагрева 5 и 6 соединены между собой диэлектрической муфтой 13, а с входной камерой 2 и с промежуточной камерой 14 - резьбовыми соединениями и пайкой. Как вариант, электродный нагреватель жидкости может быть выполнен с использованием только одной камеры нагрева (одноступенчатый нагрев). В этом случае изменение мощности нагревателя не предусмотрено и регулирование работы электродного нагревателя жидкости осуществляется при помощи термостата (на чертеже не показано). Промежуточные камеры 14, которые служат для установки и обеспечения работы термопредохранителя 15 и термоманометра 16, соединены между собой и далее с выходной камерой 17 также резьбовыми соединениями и пайкой, обеспечивающими герметичность корпуса нагревателя. Выходная камера 17, снабжена одним (или двумя) патрубками отвода жидкости 18, снабженными накидными гайками 19. В верхней части выходной камеры 17 установлен автоматический воздушный клапан 20.
Биметаллический термопредохранитель 15, предназначенный для отключения электропитания электродного нагревателя при достижении температуры жидкости выше 75-85°С, установлен в промежуточную камеру 14 на выходе из верхней камеры нагрева 6 до или после термоманометра 16 в зависимости от величины температуры размыкания датчика.
Параллельно с термопредохранителем 15 в цепь включен регулируемый термостат (на чертеже не показано), который представляет собой отдельный прибор, вынесенный на стену отапливаемого помещения и задающий параметры включения и отключения системы в зависимости от температуры воздуха внутри помещения, необходимой потребителю.
Стрелочный термоманометр 17 установлен для визуального контроля температуры и давления.
Электродный нагреватель жидкости размещают в защитном кожухе (на чертеже не показано), и крепят патрубками 1 и 18 накидными гайками к радиатору отопления (на чертеже не показано) резьбовым соединением.
Устройство работает следующим образом.
Электродный нагреватель жидкости устанавливают в отопительную систему, соединяя его с радиатором отопления патрубками ввода 1 и отвода 18 жидкости накидными гайками 3 и 19.
Подготовленную жидкость, используемую в качестве теплоносителя, заливают в радиатор, заполняя отопительную систему. В качестве теплоносителя используют, например, электролит-обессоленную воду с требуемым электрическим сопротивлением, подобранным экспериментальным путем. Через токоподводы 7 подают ток на фазные электроды 9 нижней 5 и верхней 6 камер нагрева, образованных нулевыми электродами 8. В процессе нагрева при прохождении электрического тока через жидкость в межфазном пространстве молекула жидкости расщепляется, образуя газ, который выводится в атмосферу через автоматический воздушный клапан 20, расположенный в верхней части нагревателя. Освобожденная от газа нагретая жидкость поступает в радиатор отопительной системы через выходную камеру 17 и патрубок отвода жидкости 18, меняя направление движения с вертикального на горизонтальное, и не создавая при этом ни шумовых эффектов, ни завоздушивания системы отопления.
Остывшая жидкость опускается в нижнюю часть радиатора, затем поступает в электродный нагреватель через патрубок ввода жидкости 1 во входную камеру 2 вследствие большой разницы температур (высокого температурного градиента) на его входе и выходе. Происходит циркуляция жидкости. При этом жидкость проходит через магнитный фильтр-отстойник, функцию которого выполняет входная камера 2, снабженная постоянным магнитом 4, где оседают мельчайшие частицы ржавчины, которые могут попасть в жидкость с внутренних стенок корпуса радиатора или чугунной батареи и привести к нестабильной работе отопительной системы и шумовым эффектам. Очищенная жидкость вновь поступает в нижнюю камеру нагрева 5 через диэлектрическую муфту 12 отверстия 11, 10, проходит через межэлектродное пространство между нулевым 8 и 9 фазным электродами, где при включенном электропитании вновь происходит сильный локальный нагрев жидкости в малом объеме камеры. Горячая жидкость вместе с пузырьками газа устремляется в верхнюю камеру нагрева через диэлектрическую муфту 13, проходя при этом через отверстия 11, 10. Причем, пузырьки воздуха уходят вверх через сквозное дренажное отверстие 11. Далее нагретая жидкость проходит через промежуточные камеры 14, в которых установлены термопредохранитель 15 и термоманометр 16, в выходную камеру 17, а затем через патрубок отвода жидкости 18 вновь поступает в радиатор отопительной системы. Образовавшиеся пузырьки воздуха уходят в атмосферу через автоматический воздушный клапан 20.
Изменение режимов работы нагревателя осуществляют посредством электрического устройства контроля и защиты (на чертеже не показано), которое представляет собой пластиковую коробку со смонтированными в ней автоматическими выключателями, клеммными колодками и двумя индикаторными тумблерами, при включении которых в разной последовательности потребитель получает три степени нагрева.
Полезная модель предназначена для нагрева теплоносителя в системах автономного отопления жилых зданий, отдельных квартир и производственных помещений. Электродно-ионный принцип, применяемый в нагревателях жидкости электродного типа, обеспечивает неуязвимость нагревателя к перепадам напряжения и предотвращение выхода отопительной системы из строя без использования дорогостоящих стабилизаторов напряжения, отсутствие пиковых бросков напряжения в сети в момент включения и сравнительно низкую нагрузку на электрические сети, и квартирную проводку.
Все детали, используемые в заявляемом нагревателе, изготавливают из выпускаемых промышленностью электротехнических материалов и сборных узлов, а также стандартных полипропиленовых труб, тройников и муфт, предназначенных для горячего водоснабжения и отопления, и соединяют между собой обеспечивающими герметичность резьбовыми соединениями и пайкой. То есть, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления и практического использования.
К преимуществам заявляемого электродного нагревателя жидкости по сравнению с прототипом относится:
- сравнительно долгий срок службы электродов;
- неуязвимость к перепадам напряжения в сети без использования дорогостоящих стабилизаторов;
- улучшение циркуляции теплоносителя в системе без использования насосов;
- отсутствие шумовых эффектов «стрельбы» и «бульканья».
РЭИАСО - условное обозначение устройства (радиаторная электродно-ионная автономная система отопления);