ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Электрический водонагреватель /его варианты/
Изобретение относится к электротехнике, а именно, к электрическим водонагревателям, и может быть применено для нагрева электропроводящей жидкости, используемой для технологических и бытовых нужд, например, в системах отопления.
Известен электрический водонагреватель, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, фазные и нулевые электроды и токопроводящие стержни с питающими кабелями, изолированные от корпуса и соединенные с фазными электродами. См. а.с. N243110, F 24 Н 01/10, от 17.07.1967г. В известном электрическом водонагревателе нулевые и фазные электроды размещены концентрично и закреплены неподвижно. Расстояние между фазными и нулевыми электродами довольно велико, поэтому концентрация энергии, выделяющейся у поверхности фазных электродов в несколько раз превышает концентрацию энергии у поверхности нулевых электродов, что вызывает чрезмерный перегрев жидкости в областях повышенной концентрации энергии, повышенный износ фазных электродов. Для стабилизации режима работы и снижения износа электродов в межэлектродном пространстве устанавливают спиральные изоляционные вертикальные экраны, что усложняет конструкцию нагревателя. Для регулирования мощности от максимума до минимума, соответствующего минимальному и максимальному зазору между изоляционными экранами, последние снабжены механизмами поворота, что дополнительно усложняет конструкцию.
Известен также электрический водонагреватель, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности и решаемой задаче (прототип). См. а.с. N171945, F 24 Н 01/10, от 23.10. 1963.
МПКР 24 H 01/10
Известный водонагреватель содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, размещенные соосно навстречу друг другу фазный и нулевой электроды, по меньшей мере один из которых установлен с возможностью возвратнопоступательного перемещения от привода, и изолированный от корпуса токопроводящий стержень с питающим кабелем, соединенный с источником тока и фазным электродом. В известном водонагревателе регулирование мощности осуществляют вертикальным перемещением нулевого электрода. Это упрощает конструкцию. Устройства, по сравнению с вышеуказанным аналогом. Однако, при этом значительно увеличивается продольный размер водонагревателя.
Следует отметить также, что поверхности электродов выполнены в виде выпуклых полусфер, направленных вершинами друг к другу, поэтому плотность тока в их разных точках различна и достигает максимума на вершине сферы, что приводит к повышенному износу электродов.
Кроме того, при нагреве жидкости и регулировании мощности водонагревателя работает лишь небольшая часть рабочих поверхностей электродов (следствие их формы и взаимного расположения), т.е. рабочие поверхности электродов используются не эффективно и мощность известного водонагревателя невелика.
Нагрев воды в известном водонагревателе осуществляется медленно, так как происходит в большом объеме жидкости при малой используемой площади рабочих поверхностей электродов. Таким образом, основными недостатками известного водонагревателя являются его громоздкость, малая мощность, довольно большое время нагрева и повышенный износ электродов, особенно в точках, где зазор между сферами минимален.
Задачей изобретения является создание компактного электрического водонагревателя, в котором форма рабочих поверхностей электродов и их взаимное
расположение обеспечивали бы повышенную мощность и быстродействие нагревателя, снижая при этом износ электродов.
Указанная задача решается тем, что, в известном электрическом водонагревателе, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками, размещенные соосно навстречу друг другу фазный и нулевой электроды, по меньшей мере один из которых установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода, и изолированный от корпуса, токопроводящий стержень с питающим кабелем, соединенным с источником тока и фазовым электродом, согласно изобретению, внутри нулевого электрода выполнена полость, образующая его рабочую поверхность, а рабочая поверхность фазного электрода размещена внутри упомянутой полости концентрично, с образованием между ними кольцевого зазора.
При этом, наиболее целесообразно, чтобы рабочие поверхности нулевого и фазного электродов были выполнены коническими, цилиндрическими, или в виде, соответственно, вогнутой и выпуклой сфер.
Желательно, чтобы проходной канал выпускного патрубка был выполнен расширяющимся наружу и по ходу жидкости, а во впускном патрубке был установлен обратный клапан.
Величина зазора между рабочими поверхностями электродов должна составлять 4 - 20мм.
Водонагреватель в другом варианте исполнения решает ту же задачу, с помощью тех же, указанных выше средств, но он более компактен и технологичен, что обусловлено его дополнительными отличительными признаками в общей совокупности признаков, а именно:
Указанная задача решается тем, что, в известном водонагревателе, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками, размещенные соосно навстречу
друг другу фазный и нулевой электроды, по меньшей мере один из которых установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода, и изолированный от корпуса токопроводящий стержень с питающим кабелем, соединенный с источником тока и фазовым электродом, согласно изобретению, с возможностью перемещения установлен фазовый электрод, внутри нулевого электрода выполнена полость, образующая его рабочую поверхность, а рабочая поверхность фазного электрода размещена внутри упомянутой полости концентрично рабочей поверхности нулевого электрода с образованием между ними кольцевого зазора, при этом нулевой электрод выполнен полым закреплен в выпускном патрубке, а проходной канал его выполнен расширяющимся наружу по ходу жидкости и сообщен с его полостью.
Целесообразно, чтобы рабочие поверхности нулевого и фазного электродов были выполнены коническим, цилиндрическими или, например, в виде, соответственно, вогнутой или выпуклой сфер.
Необходимо также, чтобы величина кольцевого зазора между рабочими поверхностями электродов составляла 4 - 20мм.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его конкретного выполнения и чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства по первому варианту, на фиг.2 - то же по второму варианту, на фиг.З - водонагреватель с тремя фазами.
Электрический водонагреватель содержит корпус 1, с впускным 2 и выпускным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 с его противоположенных сторон вдоль продольной оси закреплен нулевой 4 и фазный 5 электроды. В первом варианте исполнения фазный электрод 5 закреплен жестко, а нулевой электрод 4 закреплен с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством резьбового
соединения 6. В другом варианте нулевой электрод 4 закреплен жестко, а фазный электрод 5 закреплен с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством резьбового соединения 7 (фиг.2). Во всех вариантах исполнения в нулевом электроде 4 выполнена полость, образующая его рабочую поверхность 8. Рабочая поверхность 9 фазного электрода 5 размещена внутри упомянутой полости концентрично, с образованием кольцевого зазора L между упомянутыми рабочими поверхностями 8,9. Минимальная величина зазора L определяется, в основном допустимым падение потенциала на единицу длины токопроводящей жидкости, исключающим пробой и составляет не менее 4мм. Максимальная величина зазора L определяется из заданной величины мощности водонагревателя и составляет не более 20мм. Рабочие поверхности 8,9 нулевого 4 и фазного 5 электродов могут быть выполнены цилиндрическими, коническими, или в виде, соответственно вогнутой и выпуклой сфер (не показано). При этом механические примеси и соли, присутствующие в воде, скатываются, не засоряя поверхности электродов и скапливаются внизу корпуса 1 в сборнике (не показано).
В рагжа ах (фҐг$2) водонагревателя нулевой электрод 4 выполнен полым, и установлен в выпускном патрубке 3. При этом его проходной канал 10 выполнен расширяющимся наружу по ходу жидкости. Во впускном патрубке 2 установлен обратный клапан 11.
В других вариантах выполнения (не показано) нулевой электрод 4 может быть установлен не в выпускном патрубке 3. В этом случае он не будет иметь проходного канала. Фазный электрод 5 снабжен токопроводящим стержнем 12с питающим кабелем 13, соединенным с источником тока (не показано).
Трехфазный электрический водонагреватель имеет конструкцию, аналогичную вышеуказанным, только дополнительно содержит еще  фазнь 14 й нулев У 15 электрода(фиг.З).
С возможностью возвратно-поступательного перемещения могут быть установлены оба электрода, фазный 5 и нулевой 4.
Электрический водонагреватель работает следующим образом: холодная вода поступает в корпус 1 через впускной патрубок 2 открывая обратный клапан 11, установленный для предотвращения обратных протечек воды, снижающих давление воды на выходе. После заполнения корпуса водой через питающий кабель 13 от источника тока (не показано) на токопроводящий стержень 12 и, соответственно, на фазный электрод 5 подают напряжение. При подаче напряжения в слое токопроводящей жидкости от фазного 5 к нулевому электроду 4 протекает электрический ток. Процесс нагрева жидкости в водонагревателе происходит за счет ее ионизации, то есть разложения молекул на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые движутся, соответственно, к фазному 5 и нулевому 4 электродам, выделяя при этом тепловую энергию. Вода, в кольцевом зазоре L между рабочими поверхностями 8,9 нагревается мгновенно, что обусловлено как размерами упомянутого кольцевого зазора L, так и развиваемой мощностью и через выпускной патрубок 3 или, во втором варианте, через проходной канал 10 нулевого электрода 4 выталкивается из корпуса 1. Поскольку проходной канал 10 в патрубке 3 (в нулевом электроде 4, вариант/2) выполнен расширяющимся наружу по ходу жидкости, а обратный клапан 11 предотвращает обратную протечку воды, то водонагреватель работает по типу эжекторного насоса, и может развивать на выходе давление до 6 атмосфер.
Регулирование мощности, определяемой электрическим сопротивлением слоя жидкости между рабочими поверхностями 8,9 электродов, осуществляют перемещением фазного (нулевого в 1-ом варианте) электродов посредством резьбового соединения соответственно ,.
Могут перемещаться и оба электрода 4,5 при необходимости. При перемещении подвижного электрода, обеспечивающем большее взаимное перекрытие рабочих поверхностей 8,9, объем слоя жидкости между ними уменьшается, сопротивление ее уменьтаается, что увеличивает мощность водонагревателя. При обратном движении подвижного электрода (4 или5), мощность, соответственно, уменьшается. По величине сопротивления жидкости можно установить и регулировать требуемую мощность.
Так как величина кольцевого зазора L остается постоянной при перемещении подвижного электрода 4 или 5, то концентрация энергии на всей площади рабочих поверхностей 8,9 электродов 4,5 также остается постоянной, что снижает их износ. При этом они могут быть выполнены из различных материалов, таких, например, как титан, алюминий, медь или сталь, как наиболее дешевый материал. Эффект остается тем же.
Концентричное расположение рабочих поверхностей 8,9 электродов 4,5 (одна внутри другой) позволяет сделать водонагреватель более компактным, несмотря на соосное расположение фазного 4 и нулевого 5 электродов. Большая площадь взаимодействия рабочих поверхностей и указанные параметры зазора L позволяют повысить мощность и быстродействие водонагревателя.
Трехфазный электронагреватель работает аналогично, только мощность его выше.