Пластиковый водогрейный котёл
PLASTIC HOT WATER BOILER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к теплотехнике, области нагрева жидкости, например воды, при помощи электричества, для генерирования пара, и может быть использовано для корпусов любых приборов нагревания жидкости и генерирования пара. Например, изобретение может быть использовано в системах циркуляционного водяного отопления, в саморегулируемых нагревателях жидкости для автономного отопления и горячего водоснабжения, мобильного отопления и горячего водоснабжения, как универсальное устройство для различных электронагревательных приборов и парогенерирующих аппаратов, в том числе, бытовых.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Нагревание жидкости и генерирование пара при помощи электрического тока является очень широко распространенным как в быту, так и в промышленности, а также в энергетических установках. В последнее время все чаще в качестве материала корпусов используются различные виды термостойких пластиков. Наиболее часто такой состав корпусов применяется в бытовых нагревательных приборах, например, водогрейных котлах, электрочайниках, стиральных машинах, батареях отопления и т.д.
В качестве материала корпусов часто применяются такие пластики как:
TECAMAX SRP (РРР) - Полипарафенилен. Polyparaphenylene;
TECATRON (ТЕКАТРОН) (PPS) - Полифениленсульфид
Polyphenylene Sulfide. Торговые названия других изготовителей - Fortron (Фортрон), REPRO (Япония), TECHTRON PPS (Бельгия), Murdotec SP (Мурдотек SP), Sustatron PPS;
Tecason Е (PES) - Полиэфирсульфон. Polyethersulfone. Торговые названия других изготовителей - Radel A (Solvay), Ultrason Е (BASF), Sustason  PES; см. также WO 2007035402 (А2) - 2007-03-29. Improved poly aryl ether ketone polymer blends - 2006.01; RU 2243966. Method for preparing aromatic sulfones - 01.09.2003.
Tecason P (PPSU) / Полфенилсульфон Polyphenylsulfone / Полифениленсульфон. Polyphenylene sulfone. Торговые названия других изготовителей - Radel R (Solvay), PPSU 1000, Sustason PPSU.
Tecason S (Текасон С) (PSU, Полисульфон Polysulfone). Торговые названия других изготовителей - Udel (Solvay), Ultrason S (BASF), PSU 1000, Sustason  PSU; EP1937774 (A2). Blends of poly aryl ether ketones and polyetherimide sulfones - 2008-07-02.
Tecapei (PEI) / Полиэфиримид. Polyetheramide Торговые названия других изготовителей - Zedex - 410 (Зедекс 410), Susta  PEI (Суста ПЭИ), PEI 1000, Ultem (Ультем).
Наиболее дешевыми являются ПОЛИАМИДЫ Polyamides:
Термостабилизированный КАПРОЛОН CAPROLON HS BLUE литой полиамид 6 HS (Nylacast);
Капролон /TECAST Т (РА 6 G) / Полиамид 6 блочный литьевой. Торговые названия других изготовителей - Ertalon 6 PLA (Эрталон ПЛА), Nylon (Нейлон), Caproloktam (Капролоктам), Sustamid 6G (Сустамид 6), Ultralon (Caproloktan, Polycaproamide, Capron, Caproloxn), еще его называют: капролактан, поликапроамид, капрон, капролон
Сводная таблица свойств указанных полимеров приведена ниже.
Для модифицирования и программирования свойств пластиков, обеспечивающих высокую термостойкость, термостабильность формы, требуемые механические и электрические характеристики, часто используют наполнители [RU 2447107 - 2007-24-09; CN 102776658 (А) - 2012-11-14; CN 102604410 (А) - 2012-07-25; DE 102008028195 (В3) - 2009-11-26; JP 2010040286 (А) - 2010-02-18; US 2008139698 (А1) - 2008-06-12; KR 101080650 (В1) - 2011-11-08] или же используют слоистые материалы: RU 2492057 С2 29.10.2008 - Method of making polycarbonate laminate composite;
Однако, общими недостатками этого является низкая однородность материала корпуса, что не обеспечивает требуемой надежности функционирования корпусов водогрейных устройств. Это объясняется жесткими режимами эксплуатации с большими перепадами температур, давлений как в статике, так и на динамических режимах, сложными конвективными процессами, что в совокупности создает дополнительные условия для выхода из строя корпусов при неоднородности их материала. Эти же факторы значительно снижают срок службы устройств и повышают их себестоимость, поскольку в этих случаях необходимы дополнительные специальные меры снижения влияния неоднородности корпуса. Кроме того, это снижает функциональные возможности устройств и их универсальность, так как сужается приемлемый диапазон программирования свойств таких материалов.
Известно введение в пластики редкоземельных элементов и их оксидов, например, сульфидов, боридов алкилов, силицидов, галогенидов, и редкоземельных металлов, и их смесей [WO 2005054132 (А1) Tagged polymeric materials and methods for their preparation - 2005-06-16; WO 0020472 (A1). Catalyst and methods for polymerizing cycloolefins - 2000-04-13]. Известен US2009148729 (A1) Inorganic-hydrogen-polymer and hydrogen-polymer compounds and applications thereof - 2009-06-11 - неорганический полимер с повышенной энергией водорода.
Однако, недостатками этого является высокая сложность и стоимость самого материала, полученного с применением таких технологий, сложность технологического процесса, уязвимость его к примесям, высокая зависимость от точности поддержания условий полимеризации, необходимость дорогостоящих катализаторов и т.д. Кроме того, неизвестным из существующего уровня развития науки и техники является использование таких функционализированных материалов и таких способов их получения в водогрейных устройствах и других устройствах с жидким или газообразным теплоносителем. Помимо этого, корпусы таких устройств испытывают постоянные жесткие термические и конвекционные режимы, что может способствовать увеличению токсичности таких материалов и ограничивает их применение в бытовых приборов и промышленных пищевых установках.
Известно введение изотопов (преимущественно, дейтерия) в пластики, например, SU 572444 (A1). Method for preparation of halogenolefins labelled by deuterium - 1977-09-15; EP 0268192 (A2) Esters of (meth) acrylic acid - 1988-05-25; JPS 60237034 (A) Aromatic compound containing deuterium and its preparation - 1985-11-25 - дейтерид стирола; RU 2005134170 А Высокочистые сложные 3,3-дифенилпропиламиномоноэфиры - 03.04.2004; WO 2004011400 (А1). Method of deuterating aromatic ring - 2004-02-05; WO 2004046066 (A1). Method for deuteration or tritiation of heterocyclic ring - 2004-06-03; WO 2004060831 (A1). Method of deuterization - 2004-07-22.
Такой метод позволяет достигнуть вариативности физико-механических свойств при максимально возможной однородности полимера. При этом значительно возрастает стойкость таких материалов к меняющимся термическим и механическим нагрузкам, а также улучшается согласование свойств с другими материалами. Кроме того, низкое содержание и нетоксичность применяемых изотопов обусловливает высокую биосовместимость.
Тем не менее, использование не только дейтерирования, но и введение других изотопов в полимерные материалы корпусов водонагревательных и парогенерирующих устройств является неизвестным из современного уровня развития науки и техники.
Известные конструкции устройства можно отнести к нескольким группам.
Первая группа. Пластиковый корпус произвольной формы для проточных водонагревателей. К этой группе относятся, например, устройства:
a) Устройства, в которых с нагревательными элементами контактирует весь теплоноситель, находящийся в данный момент в корпусе: CZ 9703589 (A3). Direct-heating electric electrode boiler - 1999-06-16 - Предпочтительно, электроды расположены горизонтально вдоль пластикового корпуса в вершинах правильного шестиугольника и либо звезды или соединены треугольником; WO 2011009589 (А2). Electrode boiler - 2011-01-27 - встраиваемый PTFE-пластиковый цилиндрический толстостенный корпус в виде втулки с боковым вводом и торцевым выводом жидкого теплоносителя, содержит ионизационную камеру и ионизирующий стержень.
b) Устройства, в которых с нагревательными элементами контактирует часть теплоносителя, находящегося в данный момент времени в корпусе: KR 20110033884 (A). Induction plastic water heater - 2011-04-01 - пластиковый корпус проточного индукционного водонагревателя, выполненный в виде параллелепипеда с двойными стенками между которыми протекает теплоноситель. Цель - улучшить тепловую эффективность, повысить удобство пользователя, и свести к минимуму производственные затраты;
с) пластиковый корпус максимально простой формы, но несимметричный US 2007081801. Plastic boiler without flange (A1) - 2007-04-12 - Бойлер для нагревания текучей среды, включающий в себя корпус, выполненный из пластика и нагреватель, проходящий через крепежное отверстие в корпусе котла на внутренней части корпуса котла и неподвижно проходит в монтажное отверстие, нагреватель имеющий секции подогрева по меньшей мере в зоне монтажного отверстия, диаметр по меньшей мере части монтажного отверстия в корпусе котла равно наружному диаметру нагревателя; FR 2818085 (A1). Heating installation esp for viscous products comprises insulated pipe divided into sections by rotary disc electrodes linked to power supply - 2002-06-14 - пластиковый корпус в виде проточной трубы, разделенной на секции поворотными дискообразными электродами; JPH 01296042 (A). Booster heater device for cogeneration system - 1989-11-29 - пластиковый корпус в виде проточной трубы с электродами, выполненными в виде частей внутренней поверхности трубы;
Вторая_группа. Непроточные водонагреватели, парогенераторы.
a) CN 200973684 (Y) Omnipotence type cleaner - 2007-11-14 - пароочиститель с несколькими функциями очистки и корпусом, изготовленным из высококачественного пластика;
b) ES 2128967 (А2) Evaporator - 1999-05-16 - имеет корпус и крышку, изготовленные из пластика, крышка имеет боковой корпус для скрытого электрического выключателя испарителя, испаритель образован из двух смежных металлических листов погружены в бак для воды из испарителя.
Третья группа. Пластиковые электроды.
a) WO 2006115569 (А2). Instant water heater with PTC plastic conductive electrodes - 2006-11-02 - Мгновенный нагреватель воды путем использования положительного температурного коэффициента пластиковых электропроводящих структур для материала электродов. Нагрев воды осуществляется выделением тепла на электрическом сопротивлении воды электрическим током, протекающим между электродами. Материал электродов подвергается фазовому превращению при определенных температурах, становясь непроводящим при заданной температуре. Материал электродов с положительным температурным коэффициентом, сам уменьшает или останавливает нагрев воды, когда достигнута необходимая температура воды;
b) Применение наноматериалов - TW 200800793 (A). Flexible nano electrothermal material and heating apparatus having the same - 2008-01-01; Настоящее изобретение в целом относится к гибкому нано-электротермическому материалу, предназначенному для нагревательного устройства. Гибкий нано-электротермический материал включает субстрат с определенным числом углеродных нанотрубок, диспергированных в подложке. Углеродные нанотрубки образуют проводящую сетку в подложке;
Четвертая группа. Устройства с симметричными пластиковыми корпусами.
а) с симметричным выполнением корпуса US 4394561 (A) Tank structure for an air humidifying electrode steam generator - 1983-07-19 - Генератор пара с помощью электродов включает в себя цилиндрический резервуар для воды, верхнюю и нижнюю половины, которые отлиты из электроизоляционной синтетической пластмассы как зеркальные отражения друг друга таким образом, что оба могут быть сформированы из матрицы такой же конструкции; СА 1170698 (A1). Electrical steam generator for air humidifier - 1984-07-10.
Пятая группа. Применение эллиптической формы устройств.
a) Корпус GB 189824498. Improved Apparatus for Evaporating Water or other Liquids by Means of Steam (A) - 1899-11-18; -продольное сечение корпуса представляет собой цилиндр с двумя сопряженными полусферами по торцам; CN 2397431 Environmental protection energy-saving atmospheric hot-water boiler with nonmetal electric heating plate (Y) - 2000-09-20
b) Эллиптическое сечение труб - CN 202109789 (U) Heat exchange device using elliptic spiral heat exchange pipes - 2012-01-11; GB 2148468 (A). A boiler having heat transfer tubes of elliptical cross-section - 1985-05-30 - трубы эллиптического поперечного сечения;
c) Трубы - CN 201241100 (Y). Radiation section boiler tube of hydrocarbons steam cracking furnace - 2009-05-20; Конфигурация труб представляет собой эллиптические либо близкие к эллипсу контуры
d) Корпус и трубы одновременно: JP H 02104789 (A). Spray combustor for black liquor and combustion boiler therefor using the same - 1990-04-17; KR 20050034065 (A). Elliptic heat exchanger for dual-type gas-boiler - 2005-04-14
Однако сочетание поперечного и продольного эллиптического сечения корпусов водогрейных котлов и, тем более, в сочетании такой их конфигурации с пластиковым корпусом, тем более, содержащем изотопы, не обнаружено и не следует явным образом из современного уровня развития науки и техники. В тоже же время, именно это сочетание позволяет решить поставленную задачу, следовательно, обладает существенными отличиями.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является повышение технологичности и простоты изготовления корпусов водогрейных нагревательных приборов. К повышению простоты и улучшению технологичности устройств относится также возможность снижения требований к применяемым материалам их корпусов. Также задачей является повышение степени однородности применяемых материалов корпуса, улучшение термических, механических и электрических характеристик корпусов и обеспечение возможности наиболее оптимального сочетания их с соответствующими характеристиками металлических компонентов устройств, использующих пластиковые корпусы. К задаче относится повышение надежности и долговечности (эллиптический корпус, минимум разъемных деталей, минимальное количество деталей, проходящих через корпус, минимальное количество сквозных отверстий) конструкции устройства, защищенности его от некачественной сборки, снижение требований к точности сборки. Задачей также является улучшение эксплуатационных характеристик, устройства (форма корпуса, возможности его крепления), его срока службы, срока службы пластикового корпуса и увеличение ремонтопригодности устройства (разъемный корпус, сменные электроды, отсоединяемые выводы). Кроме того, изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей, универсальности и гибкости применения устройства, расширения возможного ассортимента и повышения адаптируемости к решению частных задач, возможность варьировать физические свойства корпуса без изменения конструкции.
Для решения поставленных задач пластиковый водогрейный котел содержит корпус, причем, корпус выполнен из термостойкого пластика; причем, в состав пластика, из которого выполнен корпус, входят стабильные изотопы элементов, входящих в состав пластика. Кроме того, в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется дейтерий.
13
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется C.
14
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется C.
17
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется O.
18
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется O.
15
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется N.
33
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется S.
34
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется S.
13
14
17
18
15
33
34
Пластиковый водогрейный котел, в котором в качестве изотопа, входящего в состав пластика, используется сочетание изотопов D, C, C, O, O, N, S, S в любых комбинациях.
Пластиковый водогрейный котел, содержащий:
a) по меньшей мере два электрода, закрепленные внутри корпуса;
b) каждый электрод содержит электрический вывод;
c) электрический вывод расположен на одном конце каждого электрода,
причем, электрические выводы электродов расположены с внешней стороны корпуса;
причем, электроды вместе с выводами выполнены сменными;
причем, соединение электрода с электрическим выводом выполнено разъемным, а каждый электрод выполнен с возможностью соединения с ним электрического вывода с любого конца электрода.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус имеет
a) по меньшей мере одно отверстие для наполнения котла;
b) по меньшей мере одну крышку, закрывающее отверстие для наполнения котла.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус:
а) выполнен в виде двух разъемных половин;
б) половины корпуса выполнены одинаковыми.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус имеет сквозные входной и выходной патрубки.
Пластиковый водогрейный котел, в котором:
а) входной патрубок выполнен на первой половине корпуса;
б) выходной патрубок выполнен на второй половине корпуса;
в) узлы соединения патрубков с первой и второй половинами корпуса выполнены идентичными.
Пластиковый водогрейный котел, в котором:
а) узлы закрепления электродов выполнены на разных половинах корпуса;
б) узлы закрепления электродов выполнены идентичными на разных половинах корпуса.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен близким к эллиптическому в поперечном сечении.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен эллиптическим в поперечном сечении.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен близким к эллиптическому в продольном сечении.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен эллиптическим в продольном сечении.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен из пластика с возможно большим коэффициентом теплового расширения, приближающимся к коэффициенту теплового расширения электродов.
Пластиковый водогрейный котел, в котором половины корпуса соединены клеевым соединением.
Пластиковый водогрейный котел, в котором половины корпуса соединены герметиком.
Пластиковый водогрейный котел, в котором половины корпуса соединены сваркой.
Пластиковый водогрейный котел, в котором половины корпуса соединены болтовым разъемным соединением, причем, водогрейный котел содержит эластичную герметизирующую прокладку, расположенную между двумя половинами корпуса.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус выполнен в поперечном сечении в виде эллипса с удаленным сегментом.
Пластиковый водогрейный котел, в котором корпус содержит дополнительную накладку, которая:
а) выполнена в виде параллелепипеда;
б) расположена с внешней стороны корпуса;
в) одна грань накладки, примыкающая к корпусу, выполнена криволинейной, соответствующей форме внешней части корпуса, с которой она соединена;
г) грань накладки, противоположная грани, примыкающей к корпусу выполнена плоской;
д) накладка содержит отверстия, выполненные со стороны плоской грани, противоположной криволинейной.
Пластиковый водогрейный котел, содержащий по меньшей мере два защитных кожуха электродов, каждый из которых содержит корпус кожуха, по меньшей мере один элемент крепления к корпусу котла, отверстия для крепежных элементов, выходное отверстие для проводов, снабженное защитным патрубком, причем:
а) каждый кожух расположен на соответствующей половине корпуса котла поверх внешних электрических выводов электродов;
б) элемент крепления кожуха соединен с ним и с корпусом котла;
в) кожухи, элементы крепления к корпусу котла выполнены идентичными для двух половин корпуса котла;
г) кожухи выполнены заодно с патрубками из пластика.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1-29 изображена схема выполнения общего варианта корпуса устройства по предложенному изобретению для всех вариантов реализации конструкции устройства.
На фиг. 1 изображена схема продольного сечения корпуса устройства по варианту 1 для случая двух электродов.
На фиг. 2-5 схематически изображен вид поперечного сечения корпуса по варианту 1 для различных подвариантов.
На фиг. 6-15 схематически изображены продольное сечение (фиг. 6, 11) и поперечные сечения устройства по варианту 2 с расположением электродов по одну сторону от входного и выходного патрубков.
На фиг. 16 схематически изображено продольное сечение и поперечные сечения (фиг. 17-19) устройства по варианту 3 с расположением электродов по обе стороны от входного и выходного патрубков.
На фиг. 20-29 изображена более подробная детализация устройства по варианту 4.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общий вариант выполнения корпуса устройства.
Фиг. 1-26 отображают выполнение материала корпуса во всех конструктивных вариантах устройства.
13
14
17
18
15
33
34
Согласно общему варианту выполнения корпуса 1 пластикового водогрейного котла по предложенному изобретению материал его содержит изотопы элементов, входящих в состав пластика. Наиболее распространенным является дейтерий. Также могут быть использованы изотопы других элементов, входящих в состав пластика. К ним относятся C, C, O, O, N, S, S, в зависимости от конкретного типа применяемого термостойкого пластика. Кроме того, может быть использован один из этих изотопов или же комбинация их в любых сочетаниях. Содержание перечисленных изотопов и их вариация могут обеспечить программируемую вариацию физических свойств материала корпуса, что позволяет наилучшим образом подбирать их в соответствии с назначением устройства и в согласовании с отдельными его элементами. Так изменение изотопного состава позволяет повысить температуру точки стеклования полимера корпуса 1 [ЕР 0268192 (А2) - 1988-05-25]. Это же позволяет изменять по мере необходимости электрические свойства корпуса 1, например повысить поверхностное и объемное удельное электрическое сопротивление, увеличить электропрочность к пробою корпуса [1]. Также предложенное техническое решение позволяет направленно изменять коэффициент теплового линейного и объемного расширения, что является очень важным для наилучшего согласования с коэффициентами теплового расширения других элементов устройства, в частности, с металлическими деталями. Хотя отдельное изменение свойств пластиков вариацией изотопного состава является известным (ЕР 0268192 (А2) Esters of (meth) acrylic acid - 1988-05-25, [1]), использование этого в области теплотехники нагрева жидкости, в том числе, в конструировании корпусов водогрейных приборов во всех вариантах не известно из уровня предшествующего развития науки и техники, также не известно сочетанное введение и изменение концентрации предложенного изотопного состава. Это дает появление нового качества свойств корпусов водогрейных устройств, существенным образом повышает их надежность как на статических, так и на динамических режимах, а также повышает долговечность, износостойкость и снижает стоимость эксплуатации. Техника и технология введения в полимеры изотопов известна и освоена, в особенности, дейтерия [JPS 60237034 (А) - 1985-11-25; RU 2114126 - 1998-06-27; US 2009148729 (А1) - 2009-06-11; CN 102911372 (A) Benzo crown ether graft polymer material with lithium isotope separation effect and preparation method thereof - 2013-02-06], как и введение редкоземельных элементов и их оксидов [WO 2005054132 (А1) - 2005-06-16]. Однако, это не известно из уровня предшествующего развития техники в корпусах водогрейных нагревательных приборов и является существенным отличием от известных устройств. Предложенное выполнение корпусов, в отличии от применения в качестве их материалов наполнителей, позволяет сохранять высокую однородность корпуса, испытывающего значительные статические и динамические термические нагрузки. Это повышает устойчивость к этим нагрузкам по отношению к существующим материалам, использующим наполнители и другие чужеродные материалу корпуса добавки. Также, если использовать предложенное выполнение корпусов для материалов, содержащих наполнители [RU 2230760 Полимеры гидрофобной природы, наполненные комплексами крахмала. Hydrophobic-nature polymers filled with starch complexes - 1999-09-22; RU 2034852. Способ получения наполненных полимеров. Filled polymer production method - 1990-07-27] (например, стеклонаполненные пластики [RU 2185961. Plant for production of filled plastics, mainly, fiber-reinforced material - 2001-03-28]), то также осуществляется при этом возможность более тонкого программирования физических свойств без нарушения применяемой степени однородности материала корпуса.
Кроме того, для всех случаев концентрация изотопов пластика корпуса может начинаться с минимально возможных значений, что позволяет использовать материалы для изготовления корпусов без специальной принудительной очистки полимеров от естественно содержащихся в них изотопов. Это позволяет в значительной степени повысить простоту и технологичность корпусов устройств и снизить их себестоимость.
Вариант 1.
Согласно варианту 1 корпус (1) устройства состоит из двух одинаковых половин - верхней (2) и нижней (3) (фиг. 1). Материал корпуса (1) является термостойким полимером с содержанием одного или нескольких изотопов согласно общему варианту выполнения корпуса. Каждая половина корпуса (1) выполнена идентичной другой половине и имеет эллиптическое поперечное сечение (фиг. 2-5). Такое обоих половин как унифицированной одной детали значительно упрощает технологию изготовления устройства, поскольку позволяет использовать одну оснастку для обоих половин и различных вариантов исполнения. При этом эта половина корпуса может содержать заведомо избыточные элементы например, отверстия (5) под электроды (6), которые используется в одних вариантах устройства и не используются в других вариантах (фиг. 2-6). Или же такие избыточные элементы (например, отверстия (5)), которые используются в одной половине одного варианта и не используются в другой половине корпуса этого же варианта. Это также повышает унификацию корпуса (1) и потому упрощает технологию производства устройства. Такое техническое решение в сочетании с содержанием указанных изотопов в указанном порядке не известно из существующего уровня техники и в сочетании дает сверхэффект, не сводимый к простой сумме эффектов от введения каждого признака в отдельности.
Продольное сечение корпуса (1) также выполнено близким у эллиптическому с усеченными верхушками (4) у полюсов большой оси для увеличения технологичности устройства и упрощения сборки. Кроме того, выполнение корпуса (1) эллиптическим, либо близким к эллиптическому в продольном и поперечном сечениях улучшает условия эксплуатации за счет повышения компактности с одновременным улучшением условий конвекции теплоносителя внутри корпуса (1). Поверхности полюсов (верхняя и нижняя по чертежам грани корпуса) (4) содержат сквозные отверстия (5), в которые устанавливаются металлические электроды (6) в случае электродного котла. Также в них могут быть установлены любые электронагреватели. Для этого варианта в случае электродного котла, используется два электрода, а электроды (6) содержат каждый по одному электрическому выводу (7), соединенному с одним торцом электрода. Таким образом, электроды (6) расположены большей частью во внутреннем пространстве корпуса (1) встречно. Второй свободный конец (8) каждого электрода вставлен в свободное отверстие (5) торца (4) каждой из половин (2) и (3) корпуса (1). Свободное пространство (9) может быть залито компаундом, герметиком или закрываться пробкой (10) (фиг. 1). Также возможна заделка конца 8 электрода (6) в виде шлица во внутреннюю поверхность корпуса (1), выполненную в виде углубления (11) (фиг. 28). Это дает возможность предотвратить изгибание электродов (6) во время работы котла под действием термических и механических нагрузок и полностью исключить возможность их закорачивания. В свою очередь, это значительно повышает надежность работы устройства по сравнению с известными и позволяет использовать его при значительных механических возмущениях, в том числе, постоянно действующих, например, при тряске, ускорениях, вибрациях и т.д. Это также расширяет функциональные возможности устройства и повышает его универсальность, так как обеспечивает бесперебойную работу в мобильном варианте непосредственно во время движения.
Каждая половина (2), (3) корпуса (1) содержит патрубок (12), который выполнен одинаковым и закреплен в одном и том же месте на торце (4) корпуса (1) и может быть как входным, так и выходным в случае проточного котла. При этом также повышается унификация устройства. Корпус (1) может иметь одну плоскую грань (13) для повышения удобства эксплуатации и повышения надежности крепления устройства к плоской поверхности, например, к стене. При этом плоская грань (13) может проходить через ось симметрии эллиптического поперечного сечения корпуса (1) (фиг. 3), а может и не проходить через нее (фиг. 4).
Как подвариант, корпус (1) устройства может быть выполнен в виде целого не усеченного эллипса в поперечном сечении, а для повышения эксплуатационных характеристик и надежности крепления устройства к плоской поверхности, например, к стене, может дополнительно содержать подставку (14) (фиг. 5). При этом подставка (14) выполнена в виде параллелепипеда, одна большая его сторона является плоской и используется для крепления. Вторая большая сторона подставки (14) максимально повторяет внешнюю поверхность корпуса (1) и соединена с ним.
Вариант 2
В устройстве по варианту 2 (фиг. 6-15) используется корпус (1), состоящий из двух зеркально расположенных идентичных половин (2) и (3), пластиковый материал которых содержит один или несколько изотопов согласно общему варианту выполнения устройства. Характерной особенностью его является использование большего числа электродов (6), чем два в сочетании с материалом корпуса по общему варианту выполнения устройства. Это позволяет улучшить термостойкие и электроизоляционные свойства корпуса и увеличить количество электродов больше двух при использовании достаточно узкого корпуса (1), что расширяет функциональные возможности устройства, повышает его надежность и энергоотдачу, так как позволяет использовать трехфазную сеть, а также дает возможность использовать дублирующие вспомогательные резервные электроды (6). При этом количество электродов (6) может быть как нечетным, например, для трехфазной сети (фиг. 6-10), так и четным (фиг. 11-15). В случае выполнения устройства проточным оно содержит входной и выходной патрубки (12), расположенные идентично на каждой половине (2) и (3) корпуса (1). При этом электроды (6) расположены по одну сторону от патрубков (12) и могут находиться на одной продольной оси, либо быть смещенными относительно ее по необходимым потребностям и параметрам теплообмена. Также конфигурация расположения электродов по поверхности верхней и нижней граней (4) корпуса (1) может быть любой (фиг. 6-15). Заделка свободных концов (8) электродов (6) может быть выполнена аналогично варианту (1).
Вариант 3.
Фиг.16-19 отображают вид конфигурации пластикового водогрейного котла согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения. Вариант 3 содержит признаки общего варианта выполнения устройства и относительно вариантов (1) и (2) имеет следующие особенности.
Согласно варианту 3 патрубки (12) для проточного выполнения котла расположены по центральной продольной оси симметрии или близко к ней, а электроды (6) устройства расположены по обе стороны от патрубков (12). Количество электродов (6) зависит от конкретного назначения устройства и может варьироваться от двух и более. Также число их может быть как четным, так и нечетным. Расположение электродов (6) внутри корпуса относительно ориентации их электрических выводов (7) может быть встречным (фиг. 16), однонаправленным или комбинированным. Это позволяет приспосабливать устройство к различным вариациям технологических процессов его изготовления. Предложенное выполнение в сочетание с используемым составом материала корпуса по предложенному изобретению позволяет добиться максимальной механической прочности корпуса, в том числе, повышенной устойчивости к внутреннему давлению, а следовательно дает возможность повысить надежность устройства.
Вариант 4
Вариант 4 выполнения устройства может быть реализован дополнительно в каждом предыдущем варианте. Согласно этому варианту на верхней и нижней гранях (4) корпуса (1) установлены колпачки (15), нижняя часть которых является открытой. Колпачки (15) установлены поверх выводов электродов (7) так, что полностью накрывают их, а также неиспользуемые отверстия (16), если таковые имеются. В случае, если электроды размещены по обе стороны от патрубков, на каждой верхней и нижней грани (4) корпуса (1) могут быть использованы по два колпачка (15), каждый из который накрывает одну группу электродов (6), расположенных по одну сторону от патрубка 12. Каждый колпачок (15) закреплен на верхней или нижней гранях (4) корпуса (1) при помощи по меньшей мере одной стойки (17), выполненной в виде прилива на каждой из граней (4). Количество стоек (17) может быть больше одной на один колпачок (15) (фиг. 24). Фиксация колпачка (15) относительно корпуса (1) осуществляется болтом (18), который проходит через отверстие в верхней поверхности колпачка (15) и завернут в стойку (17). Каждый колпачок (15) содержит на своей верхней поверхности отверстие, снабженное патрубком (19), через который проходят электрические провода (20) электропитания от выводов (7) электродов (6) (фиг. 25). Провода (20) могут быть зафиксированы в патрубке, например, залиты герметиком или компаундом, или забиты пробкой. Наличие колпачков (15) позволяет защитить выводы электродов от замыкания, загрязнения, заливания водой или другими рабочими жидкостями и т.д. Кроме того, колпачки (15) позволяют зафиксировать провода (20) от перемещения и предотвратить их отрыв, особенно, в случае постоянных механических нагрузок типа вибрации. Каждый провод (20) соединен с выводом (7) электрода (6) с помощью клеммы (28).
Обе половины корпуса (2) и (3) в месте соединения друг с другом имеют фланец (21) (фиг. 20, 25, 26, 27), расположенный по периметру нижнего среза половины корпуса (1). При соединении половин (2) и (3) друг с другом фланцы (21) половин (2) и (3) соприкасаются друг с другом поверхностями с совпадением отверстий (22), выполненных в них. В паз (23), выполненный во фланце каждой половины по периметру корпуса (1) со стороны соприкасающихся поверхностей фланцев, заложена кольцевая резиновая прокладка (24), например, круглая в сечении (фиг. 27). Через отверстия (22) во фланцах (21) пропущены болты (25), которые через шайбы (26) с помощью гаек (27) стягивают фланцы (21) половин (2) и (3), при этом резиновая прокладка (24) надежно герметизирует корпус (1) (фиг. 20, 25).
Работа пластикового водогрейного котла во всех вариантах заключается в следующем.
Котел может использоваться автономно, как наливной, либо его при помощи патрубков (12) встраивают в разомкнутую, или циркуляционную систему водяного отопления в любом необходимом месте. Систему отопления заполняют водой, обработанной обычным способом с доводкой ее сопротивления и подключают электроды (6) котла выводами (7) через провода (20), расположенные снаружи его корпуса (1) и выведенные через патрубки (19) защитных колпачков (15). Подключение проводов производят к внешней электрической цепи, однофазной, либо трехфазной. Охлажденная вода от радиаторов отопления поступает в корпус (1) котла через входной патрубок (12), где нагревается проходящим через нее током между электродами (6). Нагретая вода поступает из корпуса (1) к потребителям, например, к радиаторам отопления. Конвективные процессы, происходящие в корпусе (1) котла при нагреве воды между электродами (1) могут быть целенаправленно организованы предложенной формой корпуса (1) количеством электродов (6), их взаимной ориентацией и расположением таким образом, что котел может выполнять роль циркуляционного насоса без какой-либо принудительной прокачки воды в замкнутой системе. Этому в значительной мере способствует предложенная возможность модификации материала корпуса без изменения его химических свойств, позволяющая оптимально подобрать коэффициенты линейного и объемного расширения, электросопротивление и электрическую прочность для согласования с другими элементами котла как на статических, так и на динамических режимах его работы.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Manas Chanda, Salil K. Roy Plastics Technology Handbook, Fourth Edition (Series: Plastics Engineering. Book 72). CRC Press; 4 edition. 2006. 896 pages. ISBN-13: 978-0849370397.